Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Die Fertigung komplexer Bauteile mittels Metal Binder Jetting (MBJ) wird für immer mehr Anwendungsbereiche wie den Automobil- oder Werkzeugbau relevant. Das Verfahren hebt sich durch hohe Prozessgeschwindigkeiten, geringe Materialkosten sowie eine enorm große Materialvielfalt von anderen 3D-Druckverfahren ab. Durch die hohen Produktionsraten eignet sich der Direktdruck optimal für die Serienfertigung von Metallteilen. Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich mit der gesamten Prozesskette des Metal Binder Jettings: Von der Materialauswahl über den Druckprozess, das Entbindern und Sintern bis zur Analytik.
Schnelle und flexible Fertigung komplexer Bauteile aus Metall
Beim Metal Binder Jetting handelt es sich um ein sinterbasiertes additives Fertigungsverfahren. Dabei wird eine Pulverschicht aufgezogen (1), in die ein organischer Binder selektiv mit einem Inkjet-Druckkopf eingedruckt wird (2). Anschließend wird der Binder durch eine Wärmelampe getrocknet (3). Diese Prozessschritte werden wiederholt, bis die gewünschten Geometrien aufgebaut sind. Nach dem Aushärten des Binders (4) wird das entstandene Grünteil vom losen Metallpulver befreit (5) und anschließend in einem Ofen entbindert (6) – wobei sich der Binder thermisch zersetzt – und gesintert (7). Dabei wird das Bauteil verdichtet und schwindet auf das Endmaß.
Metal Binder Jetting bietet einige Vorteile gegenüber anderen 3D-Druckverfahren:
| Geschwindigkeit | Das Verfahren ist schnell und hat hohe Produktionsraten. Somit eignet es sich auch für die Serienproduktion. |
| Materialienvielfalt | Es lassen sich verschiedene Materialien verarbeiten:
Insbesondere schwer oder nicht schweißbare Materialien können mit dem Verfahren verarbeitet werden. Je nach Sintertemperatur und -zeit lassen sich außerdem unterschiedliche Dichten herstellen, was zu einer breiten Anwendungspalette führt. |
| Gestaltungsfreiheit | Durch die flexiblen Konstruktionsmöglichkeiten des Verfahrens können auch sehr komplexe Bauteile aus Metall gedruckt werden. Dadurch kann beispielsweise Gewicht reduziert und Energie eingespart werden. Außerdem können Designänderungen schnell umgesetzt werden. |
| Wegfall von Stützstrukturen | Beim MBJ werden keine Stützstrukturen oder Bauplatten benötigt. Dies führt zu einer größeren Designfreiheit und einer deutlichen Abfallreduktion. |
| Kostengünstig | Durch die hohe Prozessgeschwindigkeit kann eine große Anzahl an Bauteilen kostengünstiger als bei anderen Additive Manufacturing-Verfahren produziert werden. |
Von der Materialauswahl über das Drucken bis zum Sintern: Bei uns bekommen Sie alles aus einer Hand
Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich seit vielen Jahren mit additiven Fertigungstechnologien. Unser Institut ist für die sinterbasierte additive Fertigung von Metallteilen voll ausgestattet und bietet alle Technologien für das Drucken, Entpulvern, Entbindern und Sintern. Mit Hilfe unserer Pulveranalytik können Sinteraktivität und Packungsverhalten des Ausgangspulvers charakterisiert werden, welche das Verdichtungs- und Schwindungsverhalten beim Sintern maßgeblich beeinflussen. Die Entwicklung des Binders sowie dessen rückstandsfreie Zersetzung werden am Fraunhofer IFAM ebenfalls durchgeführt. Bei der Ermittlung geeigneter Sinterparameter greifen wir auf unsere Analysemöglichkeiten und langjährige Erfahrung aus dem Metallpulverspritzguss zurück.
Im Einzelnen bieten wir:
- Unterstützung bei Bauteilauswahl und fertigungsgerechter Konstruktion
- Umfassende Material- und Prozessentwicklung entlang der Prozesskette
- Materialspezifische Binderentwicklung
- Marktstudien und Vergleiche mit anderen Additive Manufacturing-Technologien
- Schulungen und Workshops zum Metal Binder Jetting
Bei der Durchführung von Versuchen stehen uns mehrere Anlagen vom Typ ExOne Innovent, bzw. Innovent+, sowie eine ExOne 25Pro, kommerzielle Sinteröfen und eine umfangreiche Analytik zur Verfügung.
Jährlicher Branchentreff für sinterbasierte additive Fertigungsverfahren am Fraunhofer IFAM
Unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter verfügen über eine langjährige Expertise auf dem Gebiet des Metal Binder Jetting. Uns ist daran gelegen, diese Erfahrungen und unser Wissen in Fachkreisen weiterzugeben und uns regelmäßig mit der Branche auszutauschen. Zu diesem Zweck richten wir jedes Jahr im Herbst den international etablierten Workshop »Sinter-based Additive Manufacturing« am Standort Bremen aus. Dort geben internationale Referentinnen und Referenten aus Industrie und F&E Einblicke in die neuesten Fortschritte und die industrielle Umsetzung des MBJ.