MexWer - Kreislaufoptimierte Prozesskette für die additive Fertigung von metallischen Werkzeugkomponenten über Materialextrusion
Projektleiter: Edgar Merting
Projektnummer: 2022FGR0026
Laufzeit: 01.01.2023 – 30.06.2025
Aufgabenstellung
Im Rahmen einer Kooperation mit dem Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung Jena und der Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden wurde eine nachhaltige und umweltfreundliche Prozesskette für die Herstellung metallischer Bauteile über die Materialextrusion untersucht. Das Ziel war die Entwicklung eines Bindersystems, dass sich zum Teil in Wasser löst und zur Herstellung hochgefüllter Filamente für den FFF-Druck geeignet ist. Weiterhin muss das Material den Anforderungen des nachfolgenden zweistufigen Entbinderungs- und des Sinterprozesses genügen. Zudem soll der gelöste Polymeranteil zurückgewonnen und der Prozesskette erneut zugeführt werden.
Ergebnisse
Es wurde eine Vielzahl von möglichen Bindersystemen auf Basis unterschiedlicher wasserlöslicher Polymere untersucht. Herausfordernd sind vor allem die Zähigkeit und Verdruckbarkeit eines Filaments bei hohen Füllgraden sowie ein effizienter Entbinderungsprozess. Dabei wurde letztlich ein System soweit optimiert, dass damit die gesamte Prozesskette von der Compoundierung bis zum Sintern erfolgreich realisiert werden konnte. Es ließen sich Demonstratoren aus Werkzeugstahl in Würfelform fertigen, deren mechanische Eigenschaften annähernd an jene von konventionell gefertigten Bauteilen heranreichen. Eine Rückführung des gelösten Binderbestandteils in die Prozesskette ist umsetzbar aber nicht wirtschaftlich. Der Lösungsprozess mit Wasser ermöglicht dennoch einen deutlich umweltfreundlicheren Prozess als mit Materialien marktüblicher Anbieter.
Anwendung
Das entwickelte Bindersystem kann für die Herstellung von dünnwandigen Bauteilen aus Werkzeugstahl mit hoher Komplexität verwendet werden. Anwender profitieren vor allem von einer deutlichen Kostenersparnis gegenüber anderen additiven Fertigungsverfahren für Metalle und können im Vergleich zu konventionellen Herstellungsprozessen schnell neue Designs, Prototypen und Kleinserien realisieren. Zudem bietet ein partiell wasserlösliches Material erhebliche Vorteile für Anwender und Umwelt.
