3D-Druck mit Industriehartmetall: Härter, schneller, umweltfreundlicher

Die Werkzeuge, die unsere Welt formen, sind oft unsichtbar, doch sie bilden das stille Rückgrat der modernen Zivilisation. Von den hochpräzisen Bohrern, die die Infrastruktur unserer Städte schaffen, bis hin zu den Schneidkanten, die die Bauteile unserer Fahrzeuge formen – das Geheimnis ihrer Langlebigkeit liegt in einem Material namens … Wolframcarbid-KobaltDieses Hartmetall zählt zu den härtesten bekannten Werkstoffen und steht in puncto Härte direkt unter Diamant. Doch genau diese Festigkeit, die es unverzichtbar macht, führt auch zu einer notorisch schwierigen und ressourcenintensiven Herstellung.

Eine Studie¹ Forscher der Universität Hiroshima haben in Zusammenarbeit mit der Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation einen neuen Weg aufgezeigt. Durch die Kombination von additiver Fertigung – allgemein bekannt als 3D-Druck – mit einem speziellen Heißdrahtlaserverfahren konnten sie Bauteile in Industriequalität herstellen, die genauso robust sind wie herkömmlich gefertigte, aber deutlich weniger Abfall produzieren. Diese Entwicklung ist nicht nur ein Gewinn für die Produktion, sondern eröffnet auch einen Blick in eine Zukunft, in der Hochleistungsmaterialien zugänglich, nachhaltig und individuell anpassbar sind.

Warum Wolframcarbid schwer im 3D-Druckverfahren herzustellen ist

Die Herstellung von Teilen aus Wolframcarbid-Kobalt ist traditionell ein aufwendiges und kostspieliges Verfahren. Es basiert auf der Pulvermetallurgie, bei der Metallpulver unter hohem Druck zusammengepresst und anschließend in einem Ofen erhitzt werden, bis sie sich verbinden – ein Prozess, der als Sintern bezeichnet wird. Obwohl so extrem harte Werkzeuge entstehen, ist es ein starres Verfahren. Die Herstellung komplexer oder großer Formen ist schwierig, und ein Großteil des teuren Rohmaterials – Wolfram und Kobalt – geht dabei verloren.

Die hohen Kosten dieser Rohstoffe stellen eine große Hürde dar. Wolfram ist selten und teuer, und Kobalt ist ein kritischer Rohstoff mit einer instabilen Lieferkette. In einer Zeit, in der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz höchste Priorität haben, gelten die alten subtraktiven Fertigungsmethoden – bei denen man mit einem Materialblock beginnt und das Überflüssige abträgt – zunehmend als überholt.

Wie das Heißdraht-Laserverfahren den 3D-Druck von Wolframcarbid ermöglicht

Die Innovation des Teams der Universität Hiroshima liegt in einem subtilen, aber tiefgreifenden Paradigmenwechsel im Umgang mit dem 3D-Metalldruck. Die meisten Metall-3D-Drucker funktionieren, indem sie Metallpulver oder -draht mit einem Hochenergielaser vollständig aufschmelzen. Versucht man dies jedoch mit Wolframcarbid, führt die extreme Hitze zur Zersetzung des Materials in W₂C und Graphit. Dies verursacht winzige Löcher, Risse und den Verlust der Härte, die das Material so wertvoll macht.

Anstatt gegen die Materialeigenschaften anzukämpfen, nutzten die Forscher ein Heißdrahtlaserverfahren. Dabei wird ein Hartmetallstab mittels elektrischem Strom bis nahe an seinen Schmelzpunkt vorgeheizt, bevor er überhaupt mit dem Laser in Berührung kommt. Der Laser liefert dann genau die richtige Menge an zusätzlicher Wärme, um das Material zu erweichen und es so Schicht für Schicht aufzutragen.

Indem das Team das Material erweichte, anstatt es vollständig zu schmelzen, gelang es ihm, die empfindliche Mikrostruktur des Wolframcarbids zu erhalten. Sie entdeckten, dass sie durch das Halten der Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Kobaltbindemittels, aber unterhalb der Schwelle, bei der das Wolframcarbid zu zerfallen beginnt, ein festes, fehlerfreies Objekt mit einer Härte von über 1400 HV herstellen konnten – was der Qualität herkömmlicher Industriewerkzeuge entspricht.

Behebung von Fehlern bei der additiven Fertigung von WC-Co-Carbid

Einer der raffiniertesten Aspekte der Studie war, wie das Team die Wechselwirkung zwischen dem ultraharten Hartmetall und dem Grundmaterial, auf dem es gedruckt wurde, untersuchte. Beim direkten Drucken auf ein herkömmliches Eisenuntergrundmaterial drang das Eisen häufig in das Hartmetall ein und verringerte dessen Festigkeit.

Die Lösung bestand in der Einführung einer Mittelschicht aus einer Nickelbasislegierung. Diese Schicht dient als Puffer, verhindert die Verunreinigung des Hartmetalls durch das Basismaterial und gewährleistet so die Reinheit und Festigkeit des Endprodukts. Dieser Mehrkomponentenansatz ist ein wichtiger Trend im 3D-Druck. Er ermöglicht es Ingenieuren, das teure Hochleistungsmaterial nur dort einzusetzen, wo es wirklich benötigt wird – beispielsweise an der Schneide eines Werkzeugs – und für den Rest des Körpers kostengünstigere Materialien zu verwenden.

Warum der 3D-Druck von Wolframcarbid die Fertigung revolutionieren könnte

Das Potenzial dieser Technologie reicht weit über das Labor hinaus. Mit der Weiterentwicklung dieser Methoden zur Bearbeitung komplexerer Formen und der Beseitigung der verbleibenden Probleme mit Rissbildung sind die Auswirkungen auf unsere Welt enorm.

• Industrielle Resilienz auf Abruf: Stellen Sie sich eine Welt vor, in der eine abgelegene Mine oder ein Bauprojekt nicht wochenlang auf die Lieferung eines Ersatzteils aus einem Zentrallager warten muss. Dank fortschrittlichem 3D-Druck können kritische, extrem harte Bauteile direkt vor Ort und genau dann gefertigt werden, wenn sie benötigt werden.
• Nachhaltigkeit und Ressourcensicherheit: Indem wir nur die exakt benötigte Menge an Wolfram und Kobalt für ein bestimmtes Bauteil verwenden, können wir unsere Abhängigkeit vom Rohstoffabbau drastisch reduzieren und Industrieabfälle minimieren. Dies ist ein entscheidender Schritt hin zu einer Kreislaufwirtschaft, in der Materialien maximal effizient genutzt werden.
• Design der nächsten Generation: Die traditionelle Fertigungstechnik setzt unseren Möglichkeiten Grenzen. Der 3D-Druck sprengt diese Grenzen und ermöglicht die Herstellung von Werkzeugen mit internen Kühlkanälen, komplexen Geometrien und optimiertem Gewicht, die zuvor nicht realisierbar waren. Dies führt zu effizienteren Maschinen, leichteren Fahrzeugen und einer robusteren Infrastruktur.

Investitionen in industriellen 3D-Druck und fortschrittliche Materialien

Da sich die Industrie hin zu einer intelligenteren und effizienteren Produktion entwickelt, sind die Unternehmen, die die Hardware und Materialien für diesen Wandel bereitstellen, für ein signifikantes Wachstum positioniert. Für Investoren, die von den Fortschritten im Bereich des 3D-Metalldrucks und der Hochleistungsmaterialien profitieren möchten, sticht ein Unternehmen als einer der Hauptakteure in diesem Bereich hervor.

Im Fokus: Nanodimension (NNDM -5.75 %)

Während sich viele 3D-Druckunternehmen auf Konsumkunststoffe oder einfache Metalle konzentrieren, hat sich Nano Dimension als Marktführer im Bereich der Hochleistungs-Industrietechnologie positioniert. Das Unternehmen hat kürzlich einen bedeutenden strategischen Kurswechsel vollzogen. Desktop Metal wird übernommen, ein Pionier im Bereich des Metallbinder-Jetting und der fortschrittlichen Materialabscheidung.

Durch diese Übernahme hat sich Nano Dimension zu einem Komplettanbieter für industrielle additive Fertigung entwickelt. Die Technologie von Desktop Metal wird bereits von Forschern und Herstellern eingesetzt, um genau jene Hartmetallanwendungen zu erforschen, die in der Studie der Universität Hiroshima hervorgehoben wurden. Durch die Kombination ihrer Expertise im 3D-Druck von Elektronik mit den robusten Metallplattformen von Desktop Metal entwickelt Nano Dimension eine Komplettlösung, die von der schnellen Prototypenerstellung bis zur Serienproduktion alles abdeckt.

Finanziell hat das Unternehmen in letzter Zeit ein beeindruckendes Wachstum verzeichnet. Berichterstattung Ein Umsatzanstieg von 81 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Obwohl sich die Branche weiterhin in einer Phase starken Wachstums und hoher Investitionen befindet, machen Nano Dimension' umfangreiches Patentportfolio und die Fokussierung auf Schlüsselsektoren wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Verteidigung das Unternehmen zu einer attraktiven Wahl für alle, die in die Zukunft der Fertigung investieren möchten. Da Technologien wie das Heißdrahtverfahren mit weichem Schmelzen den Weg vom Labor in die Produktion finden, werden Unternehmen mit der entsprechenden Infrastruktur für diese fortschrittlichen Prozesse besonders relevant sein.

Aktuelle Nachrichten und Entwicklungen zur Nano Dimension (NNDM)-Aktie

Referenzen: (Die Referenzliste bleibt in der wissenschaftlichen Zitierweise erhalten)

^{1. Marumoto, K., Abe, T., Nagamori, K., Ichikawa, H., Nishiyama, A., & Yamamoto, M. (2026). Einfluss der Heißdrahtlaser-Bestrahlungsmethode und einer Ni-basierten Legierungszwischenschicht auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur bei der additiven Fertigung von WC-Co-Hartmetall. Internationale Zeitschrift für feuerfeste Metalle und harte Materialien, 136Artikel 107624. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2025.107624}