Die Losgröße ist das wichtigste Kriterium im Trade-off zwischen Metallspritzguss und Metall-3D-Druck. Zu diesem Schluss kommt der deutsche Anbieter Schunk Group, der beide Verfahren im eigenen Haus hat. 3D-Druck ist schon ab 100 Stück interessant. Das macht den 3D-Druck interessant für die Herstellung von beispielsweise Kupferinduktoren für das Induktionshärten von Bauteilen. Denn die Eigenschaften liegen auf dem gleichen Niveau wie Kupfer-MIM-Teile.

Das Schunk Sinter Metal Geschäft, Teil der Gruppe mit 9.000 Mitarbeitern weltweit, verfügt über mehr als 90 Jahre Erfahrung in der Umwandlung von Metallpulvern in hochwertige Endprodukte. Er setzt unter anderem Metallspritzguss in. Dieser Geschäftsbereich hat in die investiert EMV-Technologie von AIM3D.

Kleinserienfertigung von Kupferinduktoren, ideale Anwendung für die AIM3D-Drucktechnologie

Kein Filament, sondern Pellets

CEM steht für Composite Extrusion Modeling. Dabei wird das MIM-Pulver in Rohmaterial für den 3D-Drucker umgewandelt, diesmal jedoch nicht in Form von Filamenten, sondern von Pellets. Das erleichtert den 3D-Druck. Die Entbinderung erfolgt sowohl chemisch als auch thermisch und der letzte Schritt ist das Sintern. Vor zwei Jahren lieferte der Anbieter bereits den Multimaterial-3D-Drucker ExAM 225 aus AIM3D gekauft und die beiden Unternehmen begannen zusammenzuarbeiten. Dies geschah im Bereich Materialentwicklung (u.a. Kupfer), Weiterentwicklung der Drucktechnik (u.a. Extruderkühlung und Vakuumspanntechnik) sowie Marketing und l’Akquise.

Kupferteile für die E-Mobilität

Eines der konkreten Ergebnisse dieser Zusammenarbeit ist der 3D-Druck mit Kupfer, einem Material, das im Zuge der E-Mobilität zunehmend an Interesse gewinnt. Schunk hat Induktoren für das Induktionshärten von KFZ-Zahnrädern und Kettenrädern an Motorsägen entwickelt. Für höchste mechanische Anforderungen werden diese Teile unter anderem induktiv gehärtet. Die physikalischen Eigenschaften dieser Kupferkomponenten sind eine Dichte von ca. 8,5 g/cm³ (rel. ca. 95-96%) bei einer Leitfähigkeit von 75-80% (% IACS). Die erzielten Dichtewerte sind mit denen des MIM vergleichbar. Insbesondere die Kupferdichte beeinflusst die Leitfähigkeit, aber auch mechanische Eigenschaften wie Härte oder Verschleißfestigkeit.

Die Vorteile des 3D-Drucks

Die Vorteile der additiven Fertigung sieht Christian Stertz, Projektleiter System Engineering bei Schunk, in der Gestaltungsfreiheit, beispielsweise bei innenliegenden Kühlkanälen oder Hinterschnitten. Darüber hinaus können Sie bionische Strukturen in 3D drucken, die Gewicht und Material sparen und gleichzeitig die Funktionalität erhöhen. Die Technologie trägt auch zur Kostensenkung bei, da die Bearbeitungs- und Werkzeugkosten geringer sind, da es sich nicht um einen formbasierten Prozess handelt. Allerdings gilt auch: Für sehr einfache Geometrien und große Stückzahlen ist das CEM-Verfahren in der Regel nicht geeignet, da hier etablierte Serienfertigungsverfahren wie MIM wirtschaftlicher sind. Und genau in diesem letzten Punkt passen in seinen Augen 3D-Druck und MIM zusammen.

Prototyping und Kleinserienfertigung

Schunk konzentriert sich auf das Rapid Prototyping und die Kleinserienfertigung, bei denen die Losgrößen für herkömmliche Sintertechnologie zu klein sind. 3D-Druck kann hier also eine hervorragende Ergänzung sein. Anwendungen sieht Christian Stertz in vielen Märkten: Neben der Automobilindustrie betrifft es die Medizintechnik, den allgemeinen Maschinenbau, die Werkzeugindustrie, das Bauwesen, den Schmuck und den Konsum. „Da sich die Kundennachfrage nach neuen Design- und Materialoptionen wie bionischem Design entwickelt, wird sich auch das Spektrum der 3D-Drucktechnologien weiterentwickeln. Einige Anwendungen bevorzugen die Verarbeitung mit bestimmten AM-Methoden. Es wird auch Nischen geben.

3D-Druck mit mehreren Materialien

Projektleiter Schunk sieht in Zukunft eine große Rolle für MIM und additive Fertigung, insbesondere für Kupferelemente für Elektronik und thermische Anwendungen. Chancen sieht er auch für den Aftermarket, das Ersatzteilgeschäft. Schunk interessiert sich auch sehr dafür, dass sich die CEM-Technologie von AIM3D für den gleichzeitigen Druck mehrerer Materialien eignet. „Für die Zukunft sehe ich eine funktionale und mechanische Optimierung von Bauteilen, da eine große Vielfalt an Legierungen viele neue Ideen ermöglichen wird.“ In Sachen additiver Fertigung steht der Konzern seiner Meinung nach erst am Anfang. Auch in der Maschinen- und Anlagentechnik gibt es noch großes Entwicklungspotenzial. „Natürlich sehen wir bei Schunk nicht nur das Potenzial kupferbasierter Werkstoffe. Auch niedrig- und hochlegierte Stähle oder Nickelbasiswerkstoffe wie Inconel oder Hastelloy-X spielen ebenso eine Rolle wie Kobaltbasiswerkstoffe. Derzeit konzentrieren wir uns weniger auf Aluminium- und Titanlegierungen, aber alle metallischen Hochleistungswerkstoffe werden in Zukunft von großer Bedeutung sein.