300 Testwürfel in vier Wochen

Hovadur CNCS ist eine ausscheidungshärtbare Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung. Im konventionellen Werkzeugbau ist sie als berylliumfreie Alternative zu CuBe-Legierungen bekannt. Für den 3D-Druck gab es allerdings keinen fertigen Prozess. Schmelzmetall lieferte «ein paar Eckpunkte», wie Hofer es formuliert. Den definitiven Parametersatz für die eigenen Maschinen entwickelte Feramic selbst.

Vier Wochen lang druckte das Team über 300 Testwürfel und analysierte sie. «Es sind vor allem die Feinheiten», sagt Hofer, die sich erst über viele Iterationen zeigten, bis Dichte und Oberfläche stimmten. Mittlerweile sei der Parameter robust genug für die Produktion. Verbessert werde trotzdem weiter.

Hohe Wärmeleitfähigkeit und Zugfestigkeit

Die Pressemitteilung von Feramic nennt eine Wärmeleitfähigkeit von «bis zu 240 W/mK». Im Gespräch präzisiert Hofer: «Für die Kalkulation kann mit 190 W/mK gerechnet werden.» Immer noch ein Vielfaches von Werkzeugstahl, der typischerweise bei 25 bis 50 W/mK liegt. Und es ist ein Praxiswert, kein Laborwert.

Die Zugfestigkeit gibt Feramic mit mindestens 650 MPa an, nach der Wärmebehandlung. Ob mit angepassten Wärmebehandlungsregimes mehr möglich wäre, hat das Unternehmen bisher nicht untersucht. Das grösste bislang gefertigte Bauteil mass 220 mm im Durchmesser bei 150 mm Bauhöhe; der Bauraum der Maschinen reicht bis 245 × 245 × 350 mm.

In der additiven Fertigung hat sich Feramic von BeCu-Legierungen distanziert: Das Risiko im Umgang mit berylliumhaltigem Pulver sei zu gross. Im konventionellen Werkzeugbau allerdings bleibt CuBe der stärkere Werkstoff. Hofer sagt das offen: «Alle diese Eigenschaften sind im Werkzeugbau gefragt und können mit dem CNCS nicht erreicht werden.» Er meint Zugfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Härte.

Hovadur CNCS ist damit die Alternative dort, wo Gesundheitsvorschriften oder regulatorische Gründe Beryllium ausschliessen.

Zwei Legierungen, zwei Märkte

Feramic plant bereits den nächsten Kupferwerkstoff: Hovadur CCZ, ebenfalls von Schmelzmetall. Die Arbeitsteilung zwischen den beiden Legierungen lässt sich auf einen Satz bringen: CNCS für hybride Anforderungen im Werkzeugbau, wo Festigkeit und Wärmeleitung zusammenkommen müssen. CCZ für reine Kühlperformance, vor allem in der Raumfahrt, wo es darum geht, Wärme so schnell wie möglich abzuführen.

Die Erkenntnisse aus dem Pegasus-Projekt fliessen in die industrielle Fertigung zurück, sagt Hofer. Was die Studierenden in Dübendorf an einem Raketentriebwerk erprobt haben, landet in Stallikon in Spritzgusswerkzeugen. Dasselbe Verfahren, verwandte Werkstoffe, andere Bauteile, aber sozusagen schon erfolgreich gezündet.