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Elektronenstrahlschmelzen bringt sprödes Metall in Form

BILD: MARKUS BREIG, KIT

Das Metall Wolfram verfügt über Eigenschaften, die es als Werkstoff sehr attraktiv machen; es ist sehr korrosionsbeständig, schwer wie Gold, als Wolframcarbid hart wie Diamant, und hat mit 3422 Grad Celsius den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Allerdings ist es bei Raumtemperatur sehr spröde. Aufgrund seiner Eigenschaften lässt sich Wolfram mit konventionellen Fertigungsmethoden schwer bearbeiten, die Verarbeitung ist kostspielig und zeitintensiv. Eine Alternative bietet der 3-D-Druck, mit dem Bauteile so hergestellt werden können, dass sie kaum noch nachbearbeitet werden müssen. Das Forschungsteam des Instituts für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK) konnte das Electron-Beam-Melting-Verfahren (EBM) erfolgreich anpassen. Die eigens dafür entwickelten Prozessparameter erlauben nun den 3-D-Druck von Bauteilen aus Wolfram. Die Einsatzgebiete sind vielseitig; durch seine speziellen Eigenschaften ist es für Hochtemperaturanwendungen in Energie- und Lichttechnik sowie für die Raumfahrt und die Medizintechnik geeignet und damit für die moderne Hightech-Industrie unverzichtbar.

 

EBM ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem die unter Vakuum beschleunigten Elektronen Metallpulver selektiv schmelzen und so Schicht für Schicht, also additiv, ein 3-D-Bauteil erzeugen. Der wesentliche Vorteil besteht in der verwendeten Energiequelle, dem Elektronenstrahl. Dieser ermöglicht das Vorwärmen des Metallpulvers sowie der Trägerplatte vor dem Schmelzen und reduziert damit Verformungen und Eigenspannungen. Dies erlaubt die Verarbeitung von Werkstoffen, die bei Raumtemperatur leicht brechen und bei hohen Temperaturen verformbar sind. Allerdings müssen die verwendeten Materialien elektrisch leitfähig sein. Für keramische Werkstoffe kommt das Verfahren daher nicht infrage. Der EBM-Prozess wurde ursprünglich entwickelt, um Titanlegierungen sowie Materialien, die erhöhte Prozesstemperaturen erfordern, zu verarbeiten. Bisher wurden im Technik- Haus des KIT damit Leichtbauteile aus Titan, zum Beispiel für das Formula-Student- Projekt KA-RaceIng des KIT hergestellt.

 

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