Rapid 3DShield Tungsten Filament TVF

Rapid 3DShield Tungsten von The Virtual Foundry (TVF) ist ein innovatives Filament, das aus 91-93 % Metall und dem Rest 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: Kollimator aus ungesintertem Wolfram. Quelle: The Virtual Foundry

Wolfram ist ein Metall mit hoher Dichte, hoher Härte, mit dem höchsten Schmelzpunkt (3422 ºC) aller Metalle und dem höchsten Siedepunkt (5930 ºC) aller Materialien. Diese Eigenschaften machen Wolfram ideal für die Herstellung von Glühlampenfäden, elektrischen Widerständen, Schweißelektroden und anderen Elementen, die hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind. Dank seiner kompakten Molekularstruktur (BCC) ist Wolfram ideal für die Herstellung von Abschirmungen, sowohl in Stab- als auch in Blechform, gegen alle Arten von Strahlung (Gamma- und Neutronenstrahlen), mit einer höheren Schutzleistung als Blei, ohne die typische Toxizität zu erzeugen, die dieses Schwermetall freisetzt. Im militärischen Bereich wird dieses Material seit dem Zweiten Weltkrieg in großem Umfang eingesetzt, da es aufgrund seiner hohen Dichte und Härte ideale Eigenschaften für die Herstellung von Panzerungen für Fahrzeuge (zu Lande und in der Luft) und Geschossspitzen hat, die Panzer und Flugzeuge angreifen sollen. Seine Anwendungen enden hier nicht, Wolfram-Legierungen werden häufig in Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeugen, Stiftspitzen, Leuchtstoffröhren, Schmuckelemente und Keramikpasten verwendet.

Rapid 3DShield Tungsten hat die höchste Dichte aller existierenden Filamente, sogar höher als GMass™, was die Herstellung von Teilen ermöglicht, die bis zu 4 Mal schwerer sind als mit herkömmlichen Materialien (PLA oder ABS). Wolfram, trotz der Zugehörigkeit zu der Gruppe der Schwermetalle, wie Blei, ist völlig sicher und ungiftig, in der Lage zu verwenden und zu speichern dieses Filament normal, ohne die Notwendigkeit für eine spezielle Sicherheitsausrüstung.

Eine bemerkenswerte Anwendung von Rapid 3DShield Tungsten (ungesintert) ist das Bedrucken von Strahlenschutzbehältern (150 kva). Mit solchen Behältern können radioaktive Medikamente transportiert werden, ohne dass (giftige) Bleibehälter verwendet werden 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.

Wie bei allen Filamet™-Metallfilamenten muss der Anwender beim Drucken von Rapid 3DShield Tungsten beachten, dass eine Edelstahldüse verwendet werden muss. Aufgrund der hohen Dichte von Wolfram kann jedoch ein Düsendurchmesser von bis zu 0,3 mm verwendet werden, ein Durchmesser, der die Herstellung von Teilen mit großer Detailgenauigkeit ermöglicht.

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 relativ 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, Strahlungsabschirmung (150 kva), Weltraumforschung, Kernenergie, Zahnmedizin, Künstler oder Modedesign. Eine bemerkenswerte Anwendung ist die Herstellung eines Bohrers mit interner Warmwasserheizung für Bohrungen in der Antarktis. Mit dem kupfernen Filamet™ ist es gelungen, sehr einfach und kostengünstig einen Bohrer mit einer inneren Struktur herzustellen, die extrem schwer zu bearbeiten oder zu formen ist. 

Rapid 3DShield Tungsten 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 91-93 % Wolfram 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: Präzisionsteil aus ungesintertem Rapid 3DShield Tungsten. Quelle: The Virtual Foundry

Aufgrund des hohen Metallanteils (91-93 %) ist es notwendig, den Filamenteingang möglichst fluchtend 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.

Anwender, die nicht über einen Ofen mit den notwendigen Eigenschaften verfügen, um die mit Rapid 3DShield Tungsten gedruckten Teile zu sintern und die endgültigen Eigenschaften dieses Metalls zu erreichen, können sich mit uns in Verbindung setzen und wir werden die Durchführbarkeit durch unsere Mitarbeiter mit der Kapazität zur Durchführung der notwendigen Nachbearbeitung prüfen, um das gewünschte Endergebnis zu erhalten.