Ultrahartes Wolframcarbid erfolgreich im 3D-Druck hergestellt

Forscher entwickeln ein 3D-Druckverfahren für das ultraharte Material Wolframcarbid-Kobalt: WC-Co ist in der Fertigungsindustrie eine feste Größe und wird für seine Härte geschätzt, die nahezu an die von Saphir und Diamant heranreicht. Aufgrund seiner extremen Widerstandsfähigkeit ist die Formgebung mittels traditioneller Pulvermetallurgie jedoch sehr teuer und materialintensiv.

Forschern der Universität Hiroshima ist es nun gelungen, dieses Material im 3D-Druck zu verarbeiten, ohne dass es seine legendäre Zähigkeit verliert. Die im „International Journal of Refractory Metals and Hard Materials“ veröffentlichte Studie nutzt eine Technik namens „Laserauftragschweißen mit Heißdraht“ (Hot-Wire Laser Irradiation). Im Gegensatz zum herkömmlichen 3D-Druck, bei dem das Ausgangsmaterial oft vollständig geschmolzen wird, kombiniert diese Methode einen Laserstrahl mit einem vorgeheizten Fülldraht, um die Metalle lediglich zu erweichen.

Hartmetalle sind extrem harte Werkstoffe... aber sie bestehen aus sehr teuren Rohstoffen wie Wolfram und Kobalt, weshalb eine Reduzierung des Materialverbrauchs höchst erstrebenswert ist. Durch den Einsatz additiver Fertigung kann Hartmetall nur dort aufgetragen werden, wo es wirklich benötigt wird, wodurch der Materialverbrauch sinkt.

– Assistenzprofessor Keita Marumoto, korrespondierender Autor der Studie

Das Team testete zwei Fertigungsausrichtungen (drahtführend und laserführend), sah sich jedoch anfangs mit Defekten und Materialzersetzung konfrontiert. Der Durchbruch gelang durch die Einführung einer Zwischenschicht auf Nickellegierungsbasis sowie durch eine strikte Temperaturkontrolle: Die Temperatur wurde über dem Schmelzpunkt von Kobalt, aber unterhalb des Niveaus, bei dem unerwünschtes Kornwachstum auftritt, gehalten.

Das Endergebnis ist ein fehlerfreies Material mit einer Härte von über 1.400 HV, was den Werten konventionell hergestellter Hartmetalle entspricht. Die Forscher arbeiten nun daran, das Verfahren zu verfeinern, um Rissbildung zu vermeiden und die Herstellung komplexer Formen zu ermöglichen. Dies könnte die Produktion von Schneidwerkzeugen revolutionieren.