F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S

3D-FFF-DRUCK VON HARTMETALLBAUTEILEN

3D-Druckverfahren für Hartmetalle mit

höheren Härten – Fused Filament

Fabrication (FFF)

Aus Hartmetallen, bestehend aus Nickel

oder Cobalt und dem Hartstoff Wolfram-

carbid, werden Schneid-, Bohr- und Stanz-

werkzeuge konventionell mittels Extrusion,

Pulverspritzguss und vor allem dem uniaxia-

len Pressen gefertigt. Komplexe oder spezi-

fische Geometrien sind mit diesen Verfah-

ren trotz Nachbearbeitung jedoch nur sehr

aufwendig oder gar nicht zu realisieren.

Abhilfe schaffen additive Verfahren. Der

3D-Pulverdruck (Binder Jetting) und der

thermoplastische 3D-Druck (3DTP) wurden

am Fraunhofer IKTS bereits erfolgreich mit

ausgewählten Hartmetallen eingesetzt. Al-

lerdings ist bei diesen Verfahren neben der

Einstellung des Bindergehalts und der resul-

tierenden Härte auch die Bauteilgröße limi-

tiert. Bei der FFF-Technologie werden 3D-

Körper aus einem flexiblen, schmelzfähigen

Filament schichtweise aufgebaut. Das für

das FFF notwendige Filament wird dafür zu-

erst aus hartmetallischen Pulvern mit orga-

nischen Bindern hergestellt. Beim 3D-FFF-

Druck wird dann das geschmolzene Fila-

ment gesteuert abgelegt und ein 3D-Grün-

körper generiert. Nach einer anschließen-

den Entbinderung und Sinterung liegen

vollständig dichte Bauteile mit einem typi-

schen Hartmetallgefüge vor.

Härte, Bruchzähigkeit und Festigkeit

können durch eine gezielte Auswahl von

Bindemetallgehalt und Hartstoffkorngröße

angepasst werden. Mit WC-8-Co wurden

so z. B. Härten von 1700 HV10 erreicht.

Forschungsleistungen

- Spezifische Weiterentwicklung des

3D-FFF-Drucks

- Herstellung von Testbauteilen und Ver-

gleich mit anderen 3D-Druckverfahren

sowie konventionell gefertigten Hart-

metallen

Fraunhofer-Institut für Keramische

Technologien und Systeme IKTS

Winterbergstraße 28

01277 Dresden

Ansprechpartner

Dr. Johannes Pötschke

Telefon 0351 2553-7641

johannes.poetschke@

ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

/de/hartmetalle

1 Verschiedene 3D-FFF-gedruckte Hart-

metalltestbauteile.

2 Gefüge eins 3D-FFF-gedruckten Hart-

metalls der Zusammensetzung WC-9-Ni.

3 3D-FFF-Drucker Hage3D 140 L mit

gedrucktem und gesintertem Hartmetalltest-

bauteil.

4 3D-FFF-gedrucktes Grünteil.

5 Verschiedene 3D-FFF-gedruckte Hart-

metalltestbauteile im Größenvergleich.

6 Gefüge eines 3D-FFF-gedruckten Hart-

metalls der Zusammensetzung WC-8-Co.

1 2 3 2 µm

F R A U N H O F E R I N S T I T U T E F O R C E R A M I C T E C H N O L O G I E S A N D S Y S T E M S I K T S

3D-FFF PRINTING OF HARDMETAL PARTS

Additive Manufacturing of hardmetal

parts with higher hardness via Fused

Filament Fabrication (FFF)

Hardmetals consist of the metal binders

nickel or cobalt and the hard phase tung-

sten carbide, and are used to manufacture

cutting, drilling and punching tools. Con-

ventionally they are produced by extrusion,

powder injection molding or mostly uniaxial

pressing. Complex or specific geometries,

however, are very complicated or even im-

possible to realize with these methods

despite post-processing.

Additive manufacturing processes can pro-

vide a solution. Binder jetting and thermo-

plastic 3D printing have already been suc-

cessfully used at Fraunhofer IKTS with

selected hardmetal compositions. However,

the metal binder content and the

resulting hardness as well as the size of

these components are limited.

With the FFF technology 3D parts are

prepared using a flexible and meltable fila-

ment. These filaments are produced from

hardmetal components and added organic

binders. During the actual printing these

filaments are layer-wise placed above each

other and a 3D green part is generated.

After debinding and sintering fully dense

parts with a microstructure typical for hard-

metals can be achieved.

Hardness, compressive and flexural

strength can be adjusted through the use

of different metallic binders and metallic

binder content. For example, a hardness of

1700 HV10 was reached with a composi-

tion of WC-8-Co.

Services offered

- Specific development of 3D-FFF printing

of hardmetals

- Manufacturing of test parts and com-

parison to parts produced by other 3D

printing or conventional technologies

1 Different 3D-FFF-printed hardmetal parts.

2 Microstructure of a 3D-FFF-printed hard-

metal with the composition WC-9-Ni.

3 3D-FFF printer Hage3D 140 L with printed

and sintered test parts.

4 3D-FFF-printed green part.

5 3D-FFF-printed hardmetal parts with diffe-

rend heights.

6 Microstructure of a 3D-FFF-printed hard-

metal with the composition WC-8-Co.

Fraunhofer Institute for Ceramic

Technologies and Systems IKTS

Winterbergstrasse 28

01277 Dresden, Germany

Contact

Dr. Johannes Pötschke

Phone +49 351 2553-7641

johannes.poetschke@

ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

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