Detailseite
Projekt
Metall Binder Jetting System zur Abbildung der gesamten additiven Prozesskette
Fachliche Zuordnung
Werkstofftechnik
Förderung
Förderung in 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460825330
Direktschmelzende metallbasierte Additive Manufacturing (AM) Verfahren wie das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ermöglichen es, geometrisch komplexe Bauteile, wie topologieoptimierte Gitterstrukturen, mit hoher Bauteildichte und geometrischer Maßhaltigkeit herzustellen. Jedoch verhindern niedrige Aufbauraten und damit einhergehende hohe Bauteilkosten die breite Industrielle Anwendung, insbesondere in kostengetriebenen Industriebereichen wie dem Automobilsektor. Die notwendige Produktivitätssteigerung des AM kann durch die Weiterentwicklung von indirekten pulverbettbasierten AM Verfahren wie dem Metall Binder Jetting (MBJ) mit deutlich höheren Aufbauraten adressiert werden.Das in den 1990er Jahre entwickelte schichtweise Druckkonzept des MBJ ist in der Prozessabfolge mit dem LPBF Verfahren vergleichbar. Anstatt eines fokussierten Laserstrahls werden beim MBJ jedoch Binder-Mikrotropfen durch einen Multidüsen-Druckkopf selektiv auf das Pulverbett aufgetragen. Nach dem Binderauftrag wird das Pulverbett im Bauraum eine Schicht heruntergefahren und eine weitere Schicht aufgetragen. Die Schritte Pulverauftrag, Binderauftrag, Pulverbettabsenken wiederholen sich solange bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Nach dem Druckprozess wird das Pulverbett ausgehärtet, wobei die flüssigen Komponenten des Binders verdampfen. Der Verbund aus ausgehärtetem Binder-Polymer und Metallpulver bildet einen festen Grünling, wodurch das nicht infiltrierte Pulver entfernt werden kann. Der Grünling wird anschließend in einem Ofen nahe der Schmelztemperatur gesintert. Dabei löst sich der Binder thermisch auf. Neben Geschwindigkeitsvorteilen, bietet MBJ durch das Sintern weitere Vorteile gegenüber direktschreibenden AM-Verfahren, bspw. in der Verarbeitung von Hartmetallen oder schwer schweißbaren Legierungen.Durch aktuelles Eintreten neuer, etablierter Industrieunternehmen, wie Hewlett Packard in den Bereich des MBJ ist zwar deutliche Weiterentwicklung gegenüber bisherigen Möglichkeiten des MBJ abzuleiten. Die Entwicklung von Druck- und Nachbearbeitungsmethoden, das Bauteildesign und die Werkstoffentwicklung sowie die resultierende Bauteil-Performance bleiben jedoch eine Herausforderung. Genau hier setzt die beantragende Arbeitsgruppe an. Auf Basis der neuen Systemtechnik soll durch Entwicklung neuer Pulverwerkstoffe, grundlegende Erforschung der Abstimmung der gesamten Produktionskette, anschließende Werkstoff-/Bauteilcharakterisierung sowie durch Entwicklung prädiktiver Belastungs- und Versagensmodelle und darauf aufbauende Erarbeitung angepasster Designregeln unter Einbeziehung von Schrumpfungsphänomenen eine signifikante Erweiterung der Einsatzgebiete des MBJ erzielt werden. Die antragstellenden Institutionen ergänzenden sich thematisch in AM, Werkstoffentwicklung- und Qualifizierung, Pulvermetallurgie und digitalem Bauteil-/Prozessdesign, um genannte grundlegende wissenschaftliche Fragestellungen des MBJ umfassend bearbeiten zu können.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Metall Binder Jetting System zur Abbildung der gesamten additiven Prozesskette (inkl. Binder Jetting Anlage und Kammerofen zum Entbindern und Sintern)
Gerätegruppe
2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
Antragstellende Institution
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
