Filigrane Technik

Meinolf Droege,

Wolfram dünnwandig spritzgießen

Wolfram eignet sich aufgrund seiner sehr guten Abschirmwirkung für Bauteile, die zum Filtern von Röntgenstrahlen dienen. Dass das Metall bislang selten eingesetzt wird, liegt unter anderem daran, dass es schwer zu verarbeiten ist. Nun steht ein Verfahren zur Verfügung, mit dem sich Bauteile aus Wolfram mit geringen Wanddicken spritzgießen lassen.

Spritzgegossener Kollimator aus Wolfram mit eckiger Kontur der Öffnungen und Wanddicken zwischen 0,1 und 0,15 Millimeter. Abschirmwirkung und Oberflächengüte entsprechen den geforderten Werten. © Leonhardt

Kollimatoren sind das erste Produkt, das im Familienunternehmen Leonhardt im Spritzgießen mit Wolfram getestet wurde. Die Produkte, auch Strahlleitraster genannt, werden bei bildgebenden medizinischen Diagnostik-Anlagen, beispielsweise Computertomographie, verwendet. Sie dienen dazu, störende Streustrahlung zu absorbieren und ein gut auswertbares Bild zu erzeugen. Geometrisch sind Kollimatoren durch konische Öffnungen und Wandbereiche mit 0,1 bis 0,15 Millimeter Dicke gekennzeichnet. Für das zuverlässige Filtern der Gammastrahlen bedarf es auch einer hohen Oberflächengüte.

Werkzeugeinsatz für das Spritzgießen des Wolfram-Kollimators. © Leonhardt

Als Material für Kollimatoren kommen Werkstoffe mit hoher Dichte und damit guter Abschirmung in Frage. Mit 19,25 Gramm je Kubikzentimeter weist Wolfram die gewünschte Abschirmwirkung auf, außerdem ist es als das chemische Element mit dem höchsten Schmelzpunkt thermisch stabil. Allerdings ist es sehr abrasiv und nur schwer zu verarbeiten. Je mehr Verunreinigungen enthalten sind, umso spröder wird das Material.

Prototypenfertigung im 3D-Druck

Die ersten Prototypen des Kollimators hat Leonhardt im Selektiven Lasersintern gefertigt. Das additive Verfahren hat den Vorteil, dass sich auch komplexe geometrische Strukturen produzieren und Änderungen schnell umsetzen lassen. Bei den lasergesinterten Prototypen erreicht Leonhardt Wanddicken zwischen den Öffnungen für den Strahlendurchgang von 0,12 Millimeter, auch die Eckradien der Öffnungen entsprechen den Anforderungen. Entscheidender Nachteil ist die für das Lasersintern typische, für die exakte Filterung von Gammastrahlen unzureichende Oberflächenqualität. Auch nachträgliches elektrochemisches Polieren kann daran nur wenig ändern.

Anzeige
Im Spritzgießtechnikum werden auch Kleinserien aus Kundenmaterial und Sonderbauteile gefertigt. © Leonhardt

Pulverspritzgießen von Wolfram

Ausgehend von Erfahrungen bei anderen Projekten und nach intensiver Recherche entschied sich das Unternehmen, den Kollimator im MIM-Verfahren (metal injection molding) herzustellen. 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 nach eigenen Angaben derzeit der einzige Anbieter, der Wolfram auf diese Art verarbeiten kann. So lassen sich filigrane Wolframbauteile mit Wanddicken von 0,12 Millimeter und aus einem Metallpulver mit bis zu 95 Prozent Wolframanteil technologisch beherrschen.

Gefräster Prägestempel für Brennstoffzellen-Stacks (Ausschnitt) – die Ebenheit ist entscheidend. © Leonhardt

Auch die Konstruktion und der Bau des Spritzgießwerkzeugs sind in diesem Fall aufwendig, denn die 460 Öffnungen des Kollimators sind nur durch sehr dünne Stege voneinander getrennt. Getestet wurden zylindrische und eckige Kerne für Wanddicken zwischen 0,1 und 0,15 Millimeter. Damit wird das Entformen sehr anspruchsvoll Die konischen Kerne müssten in definierten Winkeln einzeln entformt. Die mit den Testwerkzeugen gefertigten Kollimatoren wiesen die geforderte Festigkeit und die nötige Oberflächengüte (Ra=0,7 µm).

Auch wenn das Projekt Kollimatoren derzeit auf Eis liegt: Mit dem Spritzgießen dünnwandiger Bauteilen aus Wolfram steht eine weitere Technologie zur Verfügung, um innovative Lösungen zu realisieren. Das zeige sich auch an anderen speziellen Technologien im hause Leonhardt: Das Glanzfräsen und die Mikrobearbeitung werde unter anderem bei der Herstellung von Stacks für Brennstoffzellen genutzt. Derzeit werden Stacks mit Wanddicken von 0,07 Millimeter gefertigt, künftig werden es 0,05 Millimeter sein. Außerdem ist eine Parallelität von 2 Mikrometer auf der Fläche eines A4-Blattes einzuhalten.

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Vielseitiges Halbzeug

Magnetgummi für 2D-Formteile

Magnetgummi steht als flexibel einsetzbares Halbzeug zur Herstellung von Bauelementen mit magnetischen Eigenschaften zur Verfügung. Es handelt sich um ein elastisches Polymer mit anisotropem Gefüge, das mit Strontiumferritpulver angereichert ist.

mehr...
Anzeige
Anzeige

Co-Extrusion

PVC-Fensterprofile dämmen und aussteifen

Mit einer neuen Polybutylenterephtalat-Typen (PBT) lassen sich PVC Fensterprofile im Co-Extrusionsverfahren mechanisch aussteifen. Im Vergleich zu einer Aussteifung mit Stahl sei das Profil leichter und kostengünstiger ohne Einbußen an Stabilität,...

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem Kunststoff Magazin Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite