Startseite » Technik »

Leonhardt verarbeitet Wolfram im Spritzguss

Fertigungsmethode für dünnwandige Teile
Wolfram lässt sich spritzgießen

Wolfram ist ein Werkstoff, der in vielerlei Hinsicht außergewöhnlich ist und eine exzellente Abschirmwirkung bietet, etwa gegen Röntgenstrahlen. Dass das Hartmetall selten genutzt wird, liegt daran, dass es schwer zu verarbeiten ist. Doch das Formenbauunternehmen Leonhardt hat nun ein Verfahren zum Spritzgießen sehr dünner Wolframbauteile entwickelt.

» Ursula Mellema, Fachjournalistin in Leipzig

Der Mut, neue Wege zu gehen, hat das Familienunternehmen Leonhardt aus Hochdorf bei Kirchheim/Teck schon öfters zu weltweit beachteten Entwicklungen geführt. Jüngstes Beispiel sind Kollimatoren aus Wolfram. Kollimatoren oder auch Strahlleitraster werden bei bildgebenden medizinischen Diagnostikanlagen, beispielsweise Computertomographie, verwendet. Sie dienen dazu, störende Streustrahlung zu absorbieren und ein gut auswertbares Bild zu erzeugen. Leonhardt hat dafür nicht nur ein äußerst anspruchsvolles Werkzeug gebaut, sondern auch eine spezielle Spritzgießtechnologie entwickelt.

„Mich hat begeistert, welch fotorealistische Bilder des menschlichen Körpers die Computer-Tomographie ermöglicht. Das hat uns angespornt, eine Lösung zu suchen und zu finden“, sagt Geschäftsinhaber Dr. h.c. Wolfgang Leonhardt. Als Material für Kollimatoren wird ein Werkstoff mit einer sehr hohen Dichte und damit einer sehr guten Abschirmung benötigt. Wolfram erfüllt unter anderem diese Anforderungen.

Wolfram ist thermisch extrem stabil

Mit 19,25 g/cm3 je Kubikzentimeter weist das Hartmetall die gewünschte Abschirmwirkung auf. Außerdem ist Wolfram als das chemische Element mit dem höchsten Schmelzpunkt thermisch sehr stabil. Allerdings ist es sehr abrasiv und nur schwer zu verarbeiten. Je mehr Verunreinigungen enthalten sind, umso spröder wird das Material.

Geometrisch sind Kollimatoren durch konische Öffnungen und sehr dünne Wandbereiche von 0,1 bis 0,15 mm Dicke gekennzeichnet. Für das zuverlässige Filtern der Gammastrahlen bedarf es auch einer sehr hohen Oberflächengüte. Die ersten Prototypen des Kollimators hat Leonhardt mittels Selektiven Lasersinterns gefertigt. Das additive Verfahren hat den Vorteil, dass auch sehr komplexe geometrische Strukturen gefertigt werden können und sich Konturänderungen schnell umsetzen lassen.

Bei den lasergesinterten Prototypen erreicht Leonhardt Wandstärken zwischen den Öffnungen für den Strahlendurchgang von 0,12 mm, auch die Eckradien der Öffnungen entsprechen den Anforderungen. Ein entscheidender Nachteil ist die für das Lasersintern typische, für die exakte Filterung von Gammastrahlen jedoch unzureichende Oberflächenqualität. Auch nachträgliches elektrochemisches Polieren kann daran nur wenig ändern.

Wolfram durch MIM verarbeiten gelingt bisher nur Leonhardt

Ausgehend von Erfahrungen bei anderen Projekten und nach intensiver Recherche entscheidet sich Leonhardt, den Kollimator im MIM-Verfahren (Metal Injection Molding) herzustellen. Angesichts des Eigenschaftsprofils keine leichte Aufgabe: Es musste zunächst ein Bindemittel entwickelt werden, mit dem das Wolframpulver fließ- und damit spritzfähig wird. Nach vielen Versuchen stellt sich ein Compound aus Wolfram und PEEK als am besten geeignet heraus. Die Technologie hat sich Leonhardt patentieren lassen, das Unternehmen ist derzeit der einzige Anbieter, der Wolfram auf diese Art verarbeiten kann.

„Heute sind wir technologisch in der Lage, das Spritzgießen filigraner Wolframbauteile mit Wandstärken von 0,12 mm aus Metallpulver mit bis zu 95 % Wolframanteil zu beherrschen“, hebt Wolfgang Leonhardt hervor.

Die Herausforderung: 460 Öffnungen entformen

Auch die Konstruktion und der Bau des Spritzgießwerkzeugs ist in diesem Fall aufwendig, denn die 460 Öffnungen des Kollimators sind – wie beschrieben – nur durch sehr dünne Wandbereiche voneinander getrennt. Für die Machbarkeitsversuche hat man sowohl zylindrische als auch eckige Kerne getestet, mit Wanddicken zwischen 0,1 und 0,15 mm.

Jedem Werkzeugbauer ist klar, dass bei solch dünnen Wänden die Entformung äußerst anspruchsvoll ist. Die geforderten konischen Kerne müssten in bestimmten Winkeln einzeln entformt werden. Auch das ist machbar, waren sich die Leonhardt-Spezialisten sicher. Die mit den Testwerkzeugen gefertigten Kollimatoren wiesen nämlich nicht nur die geforderte Festigkeit auf, sondern auch die nötige Oberflächengüte (Ra = 0,7 µm).

Mit dem Spritzgießen von dünnwandigen Bauteilen aus Wolfram hat sich Leonhardt eine weitere Technologie angeeignet, die ihn von anderen Anbietern abhebt. Auch wenn das Projekt derzeit auf Eis liegt: Mit der Expertise ist das Unternehmen gerüstet, Wolframbauteile für weitere Anwendungen zu produzieren.

Leonhardt kann auch Glanzfräsen und Brennstoffzellen

Die konsequente Ausrichtung auf Innovationen und Zukunftstechnologien zeigt sich bei Leonhardt in einem weiteren Beispiel. Seine Expertisen für das Glanzfräsen und für die Mikrobearbeitung kann das Unternehmen unter anderem bei der Herstellung von hochpräzisen Stacks für Brennstoffzellen nutzen. Derzeit werden Stacks mit Wandstärken von 0,07 mm in Hochdorf gefertigt, künftig werden es 0,05 mm sein. Außerdem ist eine Parallelität von 2 µm auf der Fläche eines A4-Blattes einzuhalten.

„Mit unseren Präzisions-Fräszentren können wir mikrometergenau arbeiten und erreichen dabei reproduzierbar Oberflächenrauheiten von gerade einmal 0,2 Mikrometern“, so Wolfgang Leonhardt.

www.leonhardt-gravuren.de

Kontakt:

Leonhardt e. K.
Mozartstraße 26
73269 Hochdorf
Tel. +49 7153 9594–0
www.leonhardt-gravuren.de

Industrieanzeiger
Titelbild Industrieanzeiger 19
Ausgabe
19.2021
LESEN
ABO
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Tipps der Redaktion

Unsere Technik-Empfehlungen für Sie

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Aktuelle Whitepaper aus der Industrie

Unsere Partner

Starke Zeitschrift – starke Partner


Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de