Sandvik stellt neues Hartmetall vor, das im 3D-Druck zu „bis zu 20-mal langlebigeren“ Teilen verarbeitet werden kann

Das schwedische multinationale Ingenieurunternehmen Sandvik hat die Entwicklung eines neuartigen 3D-druckbaren Hartmetalls angekündigt.

Das Material wurde bisher nur in der Fertigung mit anderen Technologien eingesetzt und verfügt über eine einzigartig robuste Kobalt- und Wolframcarbid-Matrixstruktur, die ihm die nötige Haltbarkeit verleiht, um Teile mit Eigenschaften zu produzieren, die für anspruchsvolle Anwendungen geeignet sind.

Mithilfe eines eigens entwickelten Prozesses hat Sandvik nun nach eigenen Angaben ein neues Hartmetallpulver entwickelt, das schneller in 3D-Druck zu Objekten verarbeitet werden kann, die „bis zu 20-mal länger“ halten als solche, die aus anderen Stählen oder Legierungen hergestellt werden.

„Unsere Pulver sind für den Druck von Komponenten optimiert, die großartig aussehen, gut funktionieren – und für den Einsatz in tatsächlichen Anwendungen, anspruchsvollen Umgebungen und der Serienproduktion geeignet sind“, erklärt Anders Ohlsson, leitender Produktmanager bei Sandvik Additive Manufacturing. „Erwähnenswert ist auch, dass die Möglichkeit, Hartmetall in 3D zu drucken, unsere Markteinführungszeit erheblich verkürzt. Früher dauerte die Prototypenerstellung 6 bis 12 Monate – und jetzt beträgt unsere Vorlaufzeit bis heute nur noch wenige Wochen.“

„Sandvik hat sowohl ein Pulver als auch ein Verfahren entwickelt, die einzigartig sind.“

Sandviks 3D-Druck-Portfolio

Während die Geschäftstätigkeit von Sandvik die Metallzerspanung, die digitale Fertigung, den Bergbau und die Bauindustrie abdeckt, konzentrieren sich die 3D-Druckaktivitäten im Allgemeinen auf die Entwicklung von Pulvern sowie auf Beratungs- und Fertigungsdienstleistungen.

Im Materialbereich hat das Unternehmen über fünfzehn Jahre damit verbracht, ein breites Portfolio an Osprey-3D-Drucklegierungen aufzubauen. Diese Pulver werden betriebsintern in einem der Gaszerstäubungstürme von Sandvik hergestellt und können an jede Drucktechnik angepasst werden, wobei die Partikelgröße zwischen 5 und 500 Mikrometern variiert. Das Osprey-Metallsortiment des Unternehmens ist in Chargen von 1 bis 6.000 Kilo erhältlich und reicht mittlerweile von Stählen bis hin zu Superlegierungen auf Nickelbasis, wodurch eine Vielzahl von Anwendungen abgedeckt werden können.

Die Materialien wurden kürzlich unter anderem im Rahmen des Binder Jet Beta-Partnerprogramms von GE Additive eingesetzt. Im Rahmen einer Ende 2020 vereinbarten strategischen Partnerschaft hat Sandvik seine Osprey-Pulver verwendet, um das H2 Binder Jet 3D-Drucker-Testprogramm von GE Additive zu beliefern, im Gegenzug dafür, dass das Unternehmen die Maschine selbst für Produktionszwecke nutzen kann.

Seit dem Erwerb einer Beteiligung an BEAMIT ein Jahr zuvor ist das Unternehmen auch bestrebt, die Grenzen seiner Möglichkeiten im Bereich der additiven Fertigung zu erweitern. In Zusammenarbeit mit seiner Tochtergesellschaft hat Sandvik nun beispielsweise die Möglichkeit entwickelt, Superduplex-Edelstahlteile in 3D zu drucken, und vor Kurzem hat das Unternehmen damit begonnen, den 3D-Druck in den Minen von Boliden zu testen, um die Leistung von Bohrgeräten zu verbessern Teile.

Einführung eines neuen Hartmetalls

Dank ihrer einzigartigen Verbundstruktur, in der eine verschleißfeste Phase durch ein duktiles Metallbindemittel miteinander verbunden ist, verfügen Hartmetalle über die erforderliche Festigkeit, um Teile für die Zerspanung, Landwirtschaft, Lebensmittel sowie Öl- und Gasanwendungen herzustellen.

Allerdings kann die Bearbeitung von Hartmetallen aufgrund ihrer inhärenten Härte eine Herausforderung darstellen, insbesondere bei Bauteilen mit komplexen Geometrien. Sandvik beschäftigt sich seit 1932 mit solchen Materialien und hat daher sein Fachwissen genutzt, um ein Mittel zur Überwindung dieses Problems zu entwickeln: ein neues Pulver mit „überlegenen verschleißfesten Eigenschaften“.

Dieses Pulver wurde in einem nicht genannten „patentierten Verfahren“ entwickelt und soll die Herstellung der gleichen extrem robusten Teile wie zuvor ermöglichen und gleichzeitig den geringeren Abfall und die größere Designfreiheit nutzen, die der 3D-Druck mit sich bringt.

„Wenn Sie die additive Fertigung in Ihrem Unternehmen implementieren, beseitigen Sie im Grunde alle bisherigen Designbeschränkungen – so können Sie sich auf die Konstruktion von Komponenten basierend auf betrieblichen Anforderungen und Anforderungen konzentrieren, ohne sich an eine bestimmte Form oder Form anpassen zu müssen“, fügt Ohlsson hinzu. „Hartmetall ist eines der härtesten, wenn nicht sogar das härteste Material, das derzeit in 3D-gedruckter Form erhältlich ist.“

Um die möglichen Anwendungen seines neuen Pulvers zu demonstrieren, hat Sandvik es im Rahmen eines kürzlich durchgeführten Forschungs- und Entwicklungsprojekts in 3D in eine Drahtziehspitze gedruckt. Nach Angaben des Unternehmens verfügte dieses Teil über spiralförmige Kühlmittelkanäle mit geschlossenem Kreislauf, die eine effiziente Kühlung ermöglichten und gleichzeitig den Draht trocken hielten, was „ohne additive Fertigung unmöglich wäre“.

Mit Blick auf die Zukunft ist Sandvik davon überzeugt, dass das Material aufgrund seiner „extremen Haltbarkeit“ nun gut für die Anforderungen von „Branchen geeignet ist, die ihre Produktionseffizienz optimieren möchten“, insbesondere solchen, die „in anspruchsvollen Umgebungen arbeiten“.

„Dank unserer langjährigen Erfahrung in der Materialtechnologie gepaart mit unserem Fachwissen entlang der additiven Wertschöpfungskette können wir Innovationen mit einer Geschwindigkeit voranbringen, die nur wenige andere erreichen können“, schließt Mikael Schuisky, PhD, Geschäftsbereichsleiter bei Sandvik Additive Manufacturing. „Damit sind wir in der einzigartigen Position, den Wandel hin zur Industrialisierung des 3D-Drucks voranzutreiben und zu beweisen, dass nachhaltige Fertigung nicht nur möglich ist – sie geschieht bereits.“

„Der 3D-Druck aus Hartmetall ist für uns ein natürlicher nächster Schritt, da wir diese Materialien seit Jahrzehnten perfektionieren.“

Fortschritte bei hochfesten Materialien

Obwohl Sandviks Durchbruch bei Hartmetall zweifellos beeindruckend ist, ist das Unternehmen bei weitem nicht das erste Unternehmen, das damit beginnt, das Potenzial des Materials für den 3D-Druck zu untersuchen. Tatsächlich gewann der Hartmetallwerkstoff Vibenite 480 von VBN Components bereits 2019 den Innovationspreis für additive Fertigung des MM Maschinenmarkts.

Andernorts wurden auch eine Reihe weiterer „Superlegierungen“ speziell für die additive Fertigung hochfester Bauteile entwickelt. Anfang letzten Jahres gaben Forscher der UC Santa Barbara und des Oak Ridge National Laboratory bekannt, dass sie eine neue fehlerresistente 3D-Druck-Superlegierung entwickelt haben, die in der Lage ist, die bei Hochtemperatur-PBF-gefertigten Teilen häufig auftretenden Rissbildungsprobleme zu überwinden.

In ähnlicher Weise hat Rosswag Engineering vor einiger Zeit sein nickelbasiertes Waspaloy qualifiziert, ein Material, das eine hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit aufweisen soll. Bei den ersten Tests des Unternehmens wies Waspaloy eine Zugfestigkeit von 1403 MPa und eine Bruchdehnung von 21 % auf, was ihm überlegene Eigenschaften gegenüber Metallen wie Inconel 718 verleiht, die häufig für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.

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Das Bild zeigt eine Handvoll 3D-gedruckter Teile aus Hartmetall von Sandvik. Foto über Sandvik.

Paul hat einen Abschluss in Geschichte und Journalismus und hat eine Leidenschaft dafür, die neuesten Nachrichten aus dem Technologiebereich zu finden.