Filamet-Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt

Filamet™ High Carbon Steel Filament von The Virtual Foundry (TVF) ist ein innovatives Filament, das zu mehr als 75 % aus Metall und der Rest aus sinterbarem 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.

Imagen 1: Engranaje fabricado con acero alto carbono sin sinterizar. Fuente: The Virtual Foundry

Hochgekohlter Stahl ist eine Legierung aus Eisen und einem Kohlenstoffanteil von bis zu 2 %, der ihm Härte und hohe Festigkeit verleiht, wobei typische Vorteile von Stahl, wie z. B. die leichte Schweißbarkeit, verloren gehen. Kohlenstoffstähle werden so genannt, um sie von rostfreien Stählen und legierten Stählen zu unterscheiden. Stahl ist ein Metall, das dank der einfachen Gewinnung des Rohmaterials, der leichten Verarbeitung und des großen Wissens über Legierung und Umformung in unendlich vielen Anwendungen eingesetzt wird. Dies spiegelt sich in der Tatsache wider, dass jede Art von Industrie dazu verpflichtet ist, ihre Produkte mit Stahl zu fertigen, insbesondere jene Komponenten, die einer großen mechanischen Belastung ausgesetzt sind. Um Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt zu erhalten, ist es notwendig, den Stahl einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um 0,3 bis 1,7 Gewichtsprozent Kohlenstoff zu erhalten. Dieser Prozess ist heikel, da Verunreinigungen auftreten, die die Qualität des Stahls mindern, da es notwendig ist, das Metall mit anderen Elementen zu legieren. Obwohl es ein komplizierter und nicht sehr produktiver Prozess zu sein scheint, ist kohlenstoffreicher Stahl für die Herstellung von Produkten, die in der Industrie und im Haushalt benötigt werden, unentbehrlich: Kerne von Elektromagneten, Werkzeuge, Schneideobjekte, Federn, Drähte mit hohem Widerstand, usw.

Filamet™-Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist ein hoch ferromagnetisches Filament, sowohl vor als auch nach dem Sintern. Diese Qualität kann zur Herstellung von Teilen, an denen Magnete befestigt werden sollen, oder als Kern von Elektromagneten verwendet werden.

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.

Filamet™ High Carbon Steel ist ein sinterfähiges 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 über 75 % kohlenstoffreichem Stahl 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™ 316L erreicht ähnliche Eigenschaften wie die, die mit der DMLS-Technologie möglich sind, jedoch 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: Mock-up aus Filamet™ High Carbon und Sinterstahl. Quelle: The Virtual Foundry

Aufgrund des hohen Metallanteils (78 %) ist es notwendig, den Filamenteinlass so ausgerichtet wie möglich zum Extruder zu platzieren. Sobald ein Teil gedruckt ist, ist es notwendig, den Sinterprozess durchzuführen, in einer offenen Umgebung oder in einer Vakuum- oder Inertumgebung, um das Polymer (PLA) zu entfernen, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Sinterwerte je nach Geometrie und Ofenmodell 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 ungesintertem und gesintertem Filamet™-Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt. Quelle: The Virtual Foundry

Anwender, die nicht über einen Ofen mit den erforderlichen Eigenschaften verfügen, um die mit Filamet™-Hochkohlenstoffstahl gedruckten Teile zu sintern und die endgültigen Eigenschaften dieses Metalls zu erreichen, können sich mit uns in Verbindung setzen und wir werden ihre Durchführbarkeit durch unsere Mitarbeiter mit der Kapazität zur Durchführung der erforderlichen Nachbearbeitung prüfen, um das gewünschte Endergebnis zu erzielen.