Das Metal Injection Moulding (MIM)-Verfahren ist ein etablierter Standard bei der Herstellung von Metallteilen in der Industrie und Fertigung. Forscher vom Fraunhofer IPA haben jetzt mit dem Fused Layer Modeling-3D-Druckverfahren (FLM) Objekte aus Edelstahl schichtweise hergestellt. Der schichtweise Aufbau von Kunststoffobjekten ist mit dem FDM-3D-Druckverfahren bekannt. Mit dem FLM-3D-Druck für Metallteile setzen die Fraunhofer-Forscher neue Grenzen beim Metall-3D-Druck.
Das Fused Layer Modeling (FLM)-3D-Druckverfahren kommt erst seit einigen Jahren zur Herstellung von Metallbauteilen zum Einsatz. Jetzt haben die Forscher vom Zentrum für Additive Produktion am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (Fraunhofer IPA) untersucht, welche Qualität die mit FLM-Verfahren hergestellten Komponenten aufweisen und welche Grenzen dem Verfahren gesetzt sind.
Vorteile im Vergleich zum Metallpulverspritzgussverfahren
Bauteile aus Edelstahl wurden bisher hauptsächlich mit dem Metal Injection Moulding (MIM)-Verfahren hergestellt. Dieses Metallpulverspritzguss-Verfahren kommt vor allem bei Medizintechnik-Herstellern und in der Automobilindustrie zum Einsatz, da die dafür benötigten Anlagen oft kostspielig und auf die Großserienproduktion ausgelegt sind.
Darüber hinaus sind entsprechende Werkzeugformen für jedes Bauteil nötig, deren Fertigung langwierig und teuer ist.
Weil das MIM-Verfahren für die Fertigung von Einzelstücken und Kleinserien nicht immer wirtschaftlich ist, haben Mark Becker, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Zentrums für Additive Produktion am Fraunhofer IPA und Michael Lattner, CEO der ML3D GmbH, mit Einsatz von FLM-3D-Druck diverse Edelstahl-Bauteile hergestellt, wie das Fraunhofer IPA in einer Pressemitteilung berichtet. Das Besondere daran ist, dass es sich hierbei um ein additives Produktionsverfahren handelt (d.h. schichtweiser Aufbau der Materials zu einem fertigen Objekt), das bisher hauptsächlich zum 3D-Druck von Kunststoffbauteilen hergestellt wurde.
Produkteigenschaften mit FLM gedruckter Objekte ähnlich wie beim MIM-Verfahren
Trotz der zahlreichen Vorteile, die das FLM-3D-Druckverfahren im Vergleich zum MIM-Verfahren aufweist, sind die Produkteigenschaften in Sachen Größe, Festigkeit, Dichte oder etwa Volumenverlust bei der Nachbehandlung im Sinterofen ähnlich geblieben:
- Die mit FLM produzierten Edelstahl-Bauteile stoßen in Sachen Komplexität und Größe auf die gleichen Grenzen wie bei der Herstellung von Kunststoffbauteilen mit dem gleichen Verfahren.
- Die Schrumpfung des Ausgangkörpers im Sinterofen ist ähnlich stark wie beim Metallpulverspritzguss-Verfahren.
- Die Dichte nach dem Sintern beim FLM fällt etwas geringer aus als bei Bauteilen, die mit dem MIM-Verfahren hergestellt wurden.
- Die Zugfestigkeit fällt deutlich geringer aus als bei Bauteilen, die mit dem Metallpulverspritzguss-Verfahren gefertigt wurden. Allerdings lässt sich dieser Effekt laut Becker noch verringern.
- Ein Vergleich der Stückkosten ist bei den beiden Verfahren nicht so einfach möglich. Der MIM-Prozess ermöglicht zwar immer noch verhältnismäßig niedrige Stückkosten bei großen Stückzahlen, während der FLM-Prozess bei kleineren Losgrößen wesentlich vorteilhafter ist. Dennoch gilt FLM aufgrund der geringen Anlagen- und Materialkosten im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren als eines der wirtschaftlichsten.
Das FLM-Verfahren birgt daher insgesamt großes Potenzial für die wirtschaftliche Nutzung bei kleineren Losgrößen im Vergleich zu anderen 3D-Druckverfahren.