Filamet Kupfer

Copper Filamet™ von The Virtual Foundry (TVF) ist ein innovatives Filament, das zu 90 % aus Metall und dem Rest aus PLA besteht. The Virtual Foundry ist ein amerikanisches Unternehmen, das von führenden Experten in der Metallschmelze-Industrie gegründet wurde. Seit 2014 arbeiten sie ständig daran, ihr Angebot an Filamenten und Zubehör für den Metall-FDM-3D-Druck zu verbessern und zu erweitern. Ihre Produkte sind darauf ausgerichtet, Probleme durch innovative Metallmaterialien für FDM-3D-Drucker jeglicher Art zu lösen und zu vereinfachen.

Bild 1: Schiffe aus ungesintertem Kupfer, nach dem Entbindern und schließlich dem Sintern. Quelle: The Virtual Foundry

Kupfer war eines der ersten Metalle, die in prähistorischer Zeit verwendet wurden, da es in der Natur leicht zu finden und leicht zu bearbeiten ist. Es zeichnet sich durch seine rötliche Farbe, seine Helligkeit, aber vor allem dafür aus, dass es einer der besten Elektrizitätsleiter ist und einen so hohen Wert hat, dass es als Höchstwert der Referenz der elektrischen Leitfähigkeit (IACS) zugewiesen wurde. Kupfer weist eine große Dehnbarkeit und Verformbarkeit auf, lässt sich leicht walzen und schmieden und sogar leicht löten. Dieses Metall wird für die elektrische Leitfähigkeit (Verdrahtung, elektrische Geräte oder integrierte Schaltkreise), ableitfähige und korrosionsbeständige Elemente (Bremsen, Lager oder Oberleitungen), Produkte für den Wassertransport (Rohre) und früher für die Herstellung von dekorativen Elementen und Münzen verwendet. Angesichts der unzähligen Anwendungen, in denen Kupfer vorkommt, ist es nicht verwunderlich, dass es das weltweit am dritthäufigsten verbrauchte Metall ist.

Die Virtual Foundry ist nach vielen Jahren der Forschung und Entwicklung der Pionier in der Entwicklung von Metallfilamenten für den 3D-Druck. Der große Wettbewerbsvorteil, der sich daraus entwickelt hat, besteht darin, dass zur Gewinnung von reinen Metallteilen nur der Druck des Teils und das Sintern in einem Ofen erforderlich sind. Andere Hersteller, die versucht haben, metallische Filamente zu entwickeln, müssen einen zusätzlichen Prozess (vor dem Sintern im Ofen) durchführen: das Entbindern, ein chemischer Prozess, um die bindenden Polymere vom Metall zu trennen.  Daher kann man schlussfolgern, dass The Virtual Foundry der Pionier und die Referenz im FDM-3D-Druck von Metall ist, indem sie einen ziemlich einfachen Prozess mit Ergebnissen erzielt, die es in der Welt der Metallherstellung noch nie gegeben hat.

Derzeit nutzt eine große Liste von Industriezweigen die Filamente von The Virtual Foundry: Hersteller von 3D-Druckern, biomedizinische Innovationen, Entwicklung von Düsentriebwerken, Strahlenabschirmung, Weltraumforschung, Kernenergie, Dentaltechnik, Künstler oder Modedesign. Eine bemerkenswerte Anwendung ist die Herstellung eines innenbeheizten Heißwasserbohrers für Bohrungen in der Antarktis. Mit dem kupfernen Filamet™ ist es gelungen, einen Bohrer mit einer inneren Struktur, die extrem schwer zu bearbeiten oder zu formen ist, sehr einfach und kostengünstig herzustellen. Eine weitere bemerkenswerte Anwendung ist der Druck von Strahlenschutzbehältern mit Wolfram Filamet™. Diese Art von Behältern wird verwendet, um reaktive Medikamente zu transportieren, ohne auf (giftige) Bleibehälter zurückgreifen zu müssen. Dank der Dichte von Wolfram, die um 1,6 höher ist als die von Blei, eignet sich dieses Filament ideal für die Herstellung von Ersatzteilen jeglicher Art, die mit Blei hergestellt werden.

Copper Filamet™ ist ein Filament, das aus unedlem Metall und einem umweltfreundlichen, biologisch abbaubaren Polymer (PLA) besteht. Dieses Material ist frei von freiliegenden Metallpartikeln und flüchtigen Lösungsmitteln, die beim Drucken freigesetzt werden können. Bestehend aus 90 % Kupfer und dem Rest PLA, ist dieses Material extrem einfach zu drucken, da seine Druckeigenschaften denen von PLA ähneln, so dass jeder FDM 3D-Drucker-Anwender Teile mit diesem Filament erstellen kann, ohne teure industrielle Metall-FDM 3D-Drucker kaufen zu müssen. Filamet™copper erreicht ähnliche Eigenschaften, wie sie mit der DMLS-Technologie möglich sind, allerdings mit gewissen Einschränkungen. Da die mit diesem Filament gedruckten Teile gesintert werden müssen, wobei das PLA entfernt wird, weisen die Teile Porosität, Volumenverlust und Nicht-Isotropie auf. DMLS-3D-Drucker können komplett massive Teile (ähnlich wie beim Gießen) drucken, mit großer Detailgenauigkeit, Schichthöhen von 0,02 mm und ohne die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung. Der einzige Nachteil gegenüber dem Filamet™ FDM-3D-Druck sind die Kosten für: Material, Herstellung und die Drucker selbst.

Bild 2: Mit Kupfer-Filamet™ hergestelltes und gesintertes Mock-up. Quelle: The Virtual Foundry

Aufgrund seines hohen Metallgehalts (90 %) ist es notwendig, den Filamenteinlass so fluchtend wie möglich mit dem Extruder zu platzieren und FilaWarmer zu verwenden, eine Heizung, durch die das Filament eingeführt wird, um seine Krümmung zu beseitigen und so die geringstmögliche Reibung in Extruder und HotEnd zu erzeugen. Nachdem ein Teil gedruckt wurde, ist es notwendig, den Sinterprozess in einer offenen Umgebung oder in einer Vakuum- oder Inertumgebung durchzuführen, um das Polymer (PLA) zu eliminieren, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Sinterwerte je nach Geometrie und Modell des Ofens angepasst werden müssen. Das erhaltene Produkt ist vollmetallisch, mit den echten Eigenschaften des Metalls wie z.B. elektrische Leitfähigkeit, nachbearbeitet durch Schleifen und Polieren oder sogar Schweißverbindung; aber mit einer gewissen Porosität und mit einer Volumenreduzierung durch den Verlust von PLA. Um mehr über den gesamten Prozess des Druckens, Sinterns und der Nachbearbeitung zu erfahren, sollten Sie den Abschnitt "Tipps zur Anwendung" besuchen.

Bild 3: Konen aus Filamet™ ungesintertem und gesintertem Kupfer. Quelle: The Virtual Foundry

Anwender, die nicht über einen Ofen mit den notwendigen Eigenschaften verfügen, um die mit dem Kupfer Filamet™ gedruckten Teile zu sintern und die endgültigen Eigenschaften dieses Metalls zu erreichen, können sich mit uns in Verbindung setzen und wir werden ihre Realisierbarkeit durch unsere Mitarbeiter mit der Kapazität, die notwendigen Nachbearbeitungen durchzuführen, um das gewünschte Endergebnis zu erhalten, bewerten.