3D-Druckverfahren:

Cold Metal Fusion (CMF)

Das 3D-Druckverfahren Cold Metal Fusion (CMF) wurde von der Headmade Materials GmbH, einem Unternehmen aus der bayerischen Ortschaft Unterpleichfeld entwickelt. Die additive Fertigungstechnologie basiert auf der Integration von Metallpulvern in ein funktionales Bindersystem und ermöglicht die Herstellung eines sogenannten Feedstock-Systems, das mit Titanpulver gefüllt ist.

Das Feedstock-System kann auf Selective Laser Sintering (SLS) 3D-Druck-Systemen verarbeitet werden, die sonst für die Verarbeitung von Polymeren genutzt werden. Der additive Druckprozess ist dabei dem Powder Bed Fusion-Verfahren sehr ähnlich. Er verbraucht aber deutlich weniger Energie. Das liegt darin begründet, dass nur das Bindemittel geschmolzen wird, nicht aber das Metallpulver. So ist eine höhere Druckgeschwindigkeit möglich, ein Kühlkörper muss nicht eingesetzt werden. Sind die Teile fertig gedruckt, werden sie sorgfältig entpulvert, entbindert und gesintert. Der restliche Feedstock wird dann der Wiederverwendung zugeführt.

Die Produktionsschritte im Detail

Auf handelsüblichen Lasersinterungsanlagen für Kunststoffe wird das gewünschte Bauteil schichtweise durch Schmelzen des Binders mit einer Temperatur von weniger als 80 Grad Celsius aufgebaut. Stützstrukturen sind dabei nicht notwendig. Ist das Teil (Grünteil) fertig gedruckt, wird es entpulvert. Dies ist beispielsweise automatisiert mittels Luftdruck oder Wasserstrahl möglich. Der nicht verarbeitete Feedstock ist vollständig wiederverwendbar. Da das gedruckte Grünteil eine hohe Festigkeit besitzt, ist schon vor dem Sintern eine mechanische Nachbearbeitung (beispielsweise durch Fräsen, Bohren, Drehen oder Schleifen) möglich. Im nächsten Schritt folgt die Vorentbinderung der Grünteile in einem Lösungsmittel, wobei sich hier ein Bestandteil des Bindersystems schon löst. Da das Lösungsmittel danach destilliert wird, ist es immer wieder einsetzbar.

Danach beginnt der Sinterungsprozess, bei dem aus dem Grünteil ein Vollmetallbauteil wird. Das Bauteil wird langsam auf Sinterungstemperatur gebracht, der verbleibende Kunststoff verbrennt schon vorher rückstandslos. Die Metallpartikel sintern dann zu einem Vollmetallbauteil zusammen und schrumpfen dabei auf eine schon vorher definierte Größe. Bei Edelstahl 316L sind dies beispielsweise etwa 13 Prozent.

Vorteile

Die Vorteile der Cold Metal Fusion liegen unter anderem darin begründet, dass alle Metalle der Pulvermetallurgie verwendet werden können. Die Bauteilkosten können sich gegenüber anderen Herstellungsverfahren um bis zu 80 Prozent reduzieren. Durch die hohe Grünteilfestigkeit ist eine einfachere Nachbearbeitung der Teile und auch schwer zu bearbeitender Legierungen möglich. Gleichzeitig ist Herstellerangaben zufolge ein achtmal höherer Bauteiloutput möglich. Noch größere Produktivitätssprünge sind beispielsweise durch die Weiterentwicklung der Anlagentechnik, so durch den Einsatz von Dioden Lasern, denkbar. Die mit der CMF-Technologie gefertigten Bauteile haben die gleichen Eigenschaften wie die mit anderen pulvermetallurgischen Verfahren hergestellten Teile. Die SLS-Anlagentechnik selbst arbeitet sehr zuverlässig, ist wartungsfreundlich und mittlerweile weit verbreitet.

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