Fused Layer Modeling für Metallbauteile

Die Grenzen des Fused Layer Modeling (FLM) und die Qualität der mit diesem Verfahren erstellten Komponenten haben ForscherInnen des Fraunhofer IPA untersucht.

Bisher entstehen Metallbauteile per Metal Injection Moulding (MIM, Metallpulverspritzguss). Die Anlagen dafür sind auf die Großserie ausgelegt und für jedes Bauteil einzelne Werkzeuge nötig. Ergebnis des Verfahrens ist ein sogenannter Grünkörper, ein Vorprodukt mit leicht überdimensionierten Abmessungen, der in einem nachgelagerten Entbinder- und Sinterprozess auf die gewünschten Maße zusammenschrumpft. Für die Kleinserie ist das MIM-Verfahren unwirtschaftlich.

Eine wirtschaftliche Alternative könnte das FLM bieten. Doch mit diesem Verfahren werden bisher hauptsächlich Bauteile aus Kunststoff gefertigt. Gemeinsam mit seinem Projektpartner Michael Lattner, Geschäftsführer der ML3D GmbH hat Mark Becker, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für Additive Produktion des Fraunhofer IPA daher Edelstahl-Bauteile per FLM hergestellt. Der Grünkörper entsteht hier per kostengünstigem 3D-Drucker aus einer Mischung aus Metallpulver und Polymerbinder. Der Kunststoffanteil wird beim anschließenden Entbindern entfernt. Im Sinterofen verdampfen die letzten Polymerreste und die zurückbleibenden Metallpulverpartikel werden versintert.

Becker und seine Mitstreiter konnten verschiedene Fragen beantworten:

• Größe und Komplexität der mit FLM produzierten Metallbauteile sind die gleichen Grenzen gesetzt wie bei Kunststoff. Bei beiden Produktionsverfahren können während der thermischen Nachbehandlung Risse auftreten und häufig ist kein wirtschaftlicher Entbinder- und Sinterprozess möglich.
• Der Grünkörper schrumpft im Entbinder- und Sinterofen ähnlich stark ist wie beim MIM-Verfahren, allerdings nicht gleichmäßig entlang aller Raumrichtungen. .
• Nach dem Sintern wird ein etwas geringere Dichte erreicht als bei MIM-Bauteilen.
• Die Zugfestigkeit fällt deutlich geringer aus als bei Bauteilen, die mit dem MIM-Verfahren gefertigt wurden – vor allem in der Z-Richtung, die auch die Schichtaufbaurichtung beim FLM ist.
• Die Stückkosten beider Verfahren lassen sich nicht ohne weiteres vergleichen. „Für große Stückzahlen erzielt der MIM-Prozess verhältnismäßig niedrige Stückkosten, bei kleineren Losgrößen ist der FLM-Prozess vorteilhafter“, sagt Becker. „Im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren wie etwa dem selektiven Laserschmelzen ist FLM aufgrund der geringen Material- und Anlagenkosten eines der wirtschaftlichsten.

Bild oben: Qualifikationsmuster aus Edelstahl, die mit dem Fused Layer (FLM) hergestellt worden sind. (Quelle: Fraunhofer IPA / Rainer Bez)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Mission Additive, 3D Grenzenlos Magazin