Extrudieren pulverbasierter Werkstoffe

Das Extrudieren ist eines der gängigsten Formgebungsverfahren zur Herstellung länglicher Strukturen mit konstantem, oft komplexem Querschnitt. Produkte, die durch Extrusion erzeugt werden, sind z.B. Rohre, Schläuche oder auch Keil- und Zahnriemen. Das Fraunhofer IFAM fokussiert sich in seinen Forschungsarbeiten u.a. auf die Pulverextrusion. Dabei werden thermoplastische Formmassen mit hohen Anteilen an Metall- oder Keramikpulvern extrudiert und anschließend entbindert und gesintert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Materialentwicklung und –anpassung entlang der gesamten Prozesskette, um optimale Ergebnisse für die individuellen Bedürfnisse unserer Kunden zu erzielen.

Formgebung von Sinterwerkstoffen durch extrudieren

Bei der Extrusion werden Materialien unter hohem Druck und hoher Temperatur in zähflüssigem Zustand durch eine formgebende Düse gepresst. Dabei entstehen Extrudate beliebiger Länge, die denselben Querschnitt wie die eingesetzte Düse aufweisen. So sind auch sehr komplexe Strukturen umsetzbar. Durch das anschließende Entbindern und Sintern der Extrudate entstehen die fertigen Bauteile. Über eine Anpassung der Verfahrensschritte, beispielsweise der Änderung von Temperatur, Druck oder Drehzahl des Extruders, können verschiedenste Materialien wie Stähle, Kupfer und viele weitere Funktionswerkstoffe verarbeitet werden. Somit werden Produkte für unterschiedlichste Branchen wie Automotive, Luftfahrt, Medizin- und Energietechnik gefertigt.

In der Pulvertechnologie am Fraunhofer IFAM konzentrieren wir uns auf die Herstellung von Metall- und Keramikbauteilen durch die Verarbeitung von thermoplastischen Formmassen mit einem hohen Anteil an Metall- oder Keramikpulvern. Der Fokus liegt dabei auf der Materialentwicklung und –anpassung, in deren Zusammenhang Binderrezepturen und Pulver (der sogenannte Feedstock) exakt aufeinander abgestimmt werden. Da die Verarbeitung einen wesentlichen Einfluss auf die späteren Material- und Bauteileigenschaften hat, lassen sich somit zielgerichtet bspw. Dichte, Härte und weitere physikalische und funktionale Eigenschaften anpassen, um den Kundenanforderungen gerecht zu werden.

Beispiele von Werkstoffen und Bereichen, die wir bearbeiten, sind:

Magnetokalorische Werkstoffe

Hier betrachten wir insbesondere die Formgebung feiner Strukturen für Wärmetauscher sowie die thermische Verarbeitung, um Form und Funktion dieser speziellen Werkstoffe optimal auszuprägen.

Kupfer

Hier stehen Komponenten mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit im Fokus. Für hohe Leitfähigkeiten ist dabei wichtig, sehr reine Materialien zu erhalten, da sämtliche Fremdstoffe störend wirken.

Medizintechnische Werkstoffe

Hier sind Extrudate insbesondere als Halbzeuge von Interesse, wenn die Werkstoffe in gesintertem Zustand nur schwer bearbeitet werden können. Dann müssen Feedstocks hohe Festigkeiten aufweisen, um auch im sogenannten Grünzustand sicher mechanisch bearbeitbar zu sein.

Für Machbarkeitsstudien zur Erzeugung kleinerer Geometrien bei gleichzeitiger Entwicklung optimaler Feedstock- und Prozessparameter stehen verschiedene Extruder (Einschnecke, Doppelschnecke) mit Datenaufnahme und einer Reihe verschiedenster Testwerkzeuge sowie Abzugsvorrichtungen für den Extrudatstrang zur Verfügung.