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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Kleinserienfertigung von MIM-Bauteilen durch binderbasierte 3D-Druck-Technologie

Donnerstag (19.09.2019)
17:00 - 17:30 Uhr Rotterdam

Metallpulverspritzguss (Metal Injection Molding, MIM) ist ein etabliertes pulvermetallurgisches Verfahren, um komplex geformte, funktionsintegrierte Bauteile in höchsten Stückzahlen endkonturnah zu fertigen. Dazu werden Metallpulver und Binder zu einem Feedstock verarbeitet und in die Form des gewünschten Bauteils gespritzt. Das so erhaltene Grünteil wird entbindert und gesintert. Anschließend ist das Bauteil ohne Nacharbeit einsatzbereit.

Jede Bauteilgeometrie erfordert bei MIM eine eigene Spritzgussform. Jede Form muss dazu aufwendig optimiert und gefertigt werden. Dadurch sind MIM-Spritzgussformen teuer, unflexibel und der Grund, warum MIM (und die damit erreichbare hohe Bauteilqualität) erst ab sehr großen Stückzahlen wirtschaftlich wird.

Um dagegen pulvermetallurgische Bauteile mit komplexen Geometrien in hoher Qualität in Kleinserie zu fertigen, bieten sich additive Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing, AM) an. Ein AM-Verfahren, das viele Gemeinsamkeiten mit MIM hat, ist der 3D-Druck mittels Binder Jetting (BJ). Dabei wird schichtweise ein Binder selektiv mit einem Druckkopf auf ein Pulverbett aufgebracht. Nach dem Bauprozess werden die Grünteile aus dem Pulverbett entnommen, entbindert und fertiggesintert. Die erreichbare Komplexität, Qualität und Genauigkeit der BJ-Bauteile hängen vom eingesetzten Metallpulver und Bindermaterial ab; ebenso haben Prozessparameter wie z. B. die Pulververteilung durch Rakeln oder die Schichtdicke einen entscheidenden Einfluss auf die Bauteile.

In diesem Beitrag wird gezeigt, unter welchen Voraussetzungen BJ als Alternative zu MIM bei kleinsten Stückzahlen erfolgversprechend eingesetzt werden kann. Dazu werden aus dem etablierten MIM-Werkstoff 17-4 PH (1.4542, X5CrNiCuNb16-4) BJ-Proben gefertigt und mit MIM-Proben verglichen. Zuerst werden optimale Bauparameter und, unterstützt durch CALPHAD-Rechnungen, Parameter für Sinterung und Wärmebehandlung ermittelt, um Prüfkörper zu fertigen. Mit richtungsabhängigen metallographischen und mechanischen Untersuchungen wie Rauheit, Zugfestigkeit und Härte wird die Anisotropie aufgrund des Bauprozesses quantifiziert. Im Ergebnis wird gezeigt, unter welchen Bedingungen BJ-Proben typische Werte für MIM-Proben erreichen können.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Sebastian Riehm
RWTH Aachen University
Weitere Autoren/Referenten:
  • Stephan Genilke
    RWTH Aachen University
  • Siyuan Qin
    RWTH Aachen University
  • Yuanbin Deng
    RWTH Aachen University
  • Ekaterina Andreeva
    Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
  • Dr. Thomas Hartwig
    Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
  • Dr. Anke Kaletsch
    RWTH Aachen University
  • Prof. Dr. Christoph Broeckmann
    RWTH Aachen University