Ein Blick auf die Eigenschaften von 3D gedrucktem Wolfram

Wolfram ist ein dichtes, robustes Metall, das aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit besonders in der chemischen Industrie eine Reihe wertvoller Anwendungen findet. Seine Härte und sein extrem hoher Schmelzpunkt haben es jedoch zu einem schwierigen Material für den 3D-Druck gemacht. In einer Arbeit mit dem Titel “Effect of processing parameters on the densification, microstructure and crystallographic texture during the laser powder bed fusion of pure tungsten” adressiert eine Gruppe von Forschern diese Herausforderungen.

“Diese Arbeit zielt darauf ab, den Einsatz der [Laserpulverbett-Herstellung] auf schwerschmelzende Metalle auszuweiten, wie sie in diesem Artikel behandelt werden, wo das Verhalten von reinem Wolframpulver untersucht wird”, erklären die Forscher. “Eine Strategie zur Herstellung von Teilen mit hoher Dichte wurde entwickelt, indem eine Prozesskarte erstellt wurde, in der der Einfluss der Laserenergiedichte untersucht wurde. Die Prozessqualität wurde mit verschiedenen Techniken wie Lichtmikroskopie, XCT, SEM und EBSD untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Laserenergiedichte ausreichend war, um Wolfram zur Herstellung funktioneller Teile zu verarbeiten.”

Abhängig von den Prozessbedingungen lagen die Schüttdichte und die optisch bestimmten Dichten des Wolframs zwischen 94 und 98%, aber die Teile zeigten Mikrorisse und Defekte aufgrund von mikro- und makroskaligen Restspannungen.

“Die Analyse der Mikrostruktur und der lokalen kristallographischen Textur zeigte, dass der unter dem Laserstrahl gebildete Schmelzpool die Erstarrung in einer bevorzugten Orientierung durch einen epitaktischen Wachstumsmechanismus begünstigt”, so die Forscher weiter. “Die lokale EBSD-Texturanalyse der Wolframproben zeigte eine <111>//Z-bevorzugte Fasertextur, parallel zur Aufbaurichtung.”

Zwei Arten von Wolframproben wurden 3D-gedruckt und unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Obwohl die Teile anfällig für Rissbildung waren, stellten die Forscher fest, dass die Dichte und Qualität der im 3D-Druckverfahren hergestellten Proben ausreichend hoch für Anwendungen in der medizinischen Strahlenabschirmung und nuklearen Bildgebung sowie in anderen Plasma-Umgebungen waren. Sie folgerten auch, dass die Parameter für die Laser-Pulverbett-Verschmelzung maßgeschneidert werden könnten, um Wolframteile mit relativ hohen Dichten herzustellen.

“Die Analyse der Mikrostruktur, der globalen und lokalen kristallographischen Textur zeigte eine säulenförmige Kornstruktur, die durch einen epitaktischen Wiederwachstumsmechanismus erzeugt wurde, wie in anderen AM-Prozessen mit reinen Metallen festgestellt wurde”, fügen sie hinzu. “Die Verwendung einer Laserenergiedichte von bis zu 348 J/mm³ führte zu Proben, die eine ungewöhnlich starke <111>//Z-Fasertextur zeigten. Es wird postuliert, dass dies mit der tieferen Schmelzbadform zusammenhängen könnte, die normalerweise bei LPBF aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenspannung von Wolfram zusammen mit der 67° Rasterrichtungsrotation zwischen den abgeschiedenen Schichten in der Renishaw AM-Maschine auftritt.

Das 3D-Drucken von Wolfram ermöglicht neue Anwendungen für das Material, da es Teile mit hoher Genauigkeit und Komplexität produzieren kann. Tungsten 3D-Druck wurde zuvor von anderen Forschern untersucht, und 3D-gedruckte Wolfram-Komponenten wurden sogar kommerzialisiert. Trotz seiner Herausforderungen hat sich Wolfram als wertvolles 3D-Druckmaterial erwiesen, für das sich viele Experten besonders wegen seiner hitzebeständigen Eigenschaften begeistern.

Autoren dieser Arbeit sind A.T. Sidambe, Y. Tian, ​​P.B. Prangnell und P. Fox.