Metallpulverspritzgussteile und deren Veredelung in Luxury- Anwendungen

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1 Metallpulverspritzgussteile und deren Veredelung in Luxury- Anwendungen Prof. Carlo Burkhardt, Ph.D. Managing Director OBE Ohnmacht & Baumgärtner GmbH & Co. KG 1

2 Geschichte Gegründet 1904, Familienunternehmen in der 4. Generation Hauptsitz in Deutschland / Ispringen, 550 Mitarbeiter weltweit Qualitätsmanagement nach EN ISO 9001, ISO/TS Umweltmanagement nach DIN EN ISO und EMAS 2

3 Geschäftsfelder 3

4 Weltweiter Schlüssellieferant der Brillenindustrie Ausstattung von > 50 Mio. Brillen mit OBE-Bauteilen pro Jahr Spezialist für die Bewegungstechnik in der Brille Zahlreiche weltweit gültige Patente 4

5 Spezialist in der Entwicklung und Herstellung von komplexen Metallbauteilen und Komponenten im Metallspritzgussverfahren (MIM) 3% 10% Optik 30% Automotive Medical Aerospace 37% Industrial 5% 10% 5% Luxury Electronics 2014 >45 Mio. MIM-Bauteile für die unterschiedlichsten Branchen 5

6 3% 10% 30% 37% 5% 10% 5% 6

7 Zündsysteme Ventilschlepphebel 3% 10% 30% Kraftstoffverteiler 37% 5% Klimatisierung/ Wärmetauscher 10% 5% Benzineinspritzung 7

8 Positioniergabel 3% 10% 30% 37% 5% Komponente für Dosiereinheit 10% 5% 8

9 Verriegelungen 3% 10% 30% 37% 5% 10% 5% Sitzkomponenten Fixiersysteme 9

10 3% 10% Auszugsicherung 30% Tinteneinspritzeinheit 37% 5% 10% 5% Rennradschalteinheit Scherkopfhalterung 10

11 3% 10% 30% 37% 5% 10% 5% 11

12 GPS Stecker 3% 10% optical wavelength division multiplexing 30% 37% 5% 10% 5% Soulbuddy Luxuskopfhörer Designprojekt mit der HS Pforzheim- 12

13 Die MIM Technologie (MIM = Metal Injection Moulding) 13

14 MIM - Definition MIM ist ein pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung von endkonturgetreuen oder endkonturnahen metallischen Bauteilen komplexer Geometrie mit kleinen Abmessungen in großen Stückzahlen 14

15 MIM - Definition Kompliziert geformten Kunststoffteile werden seit Jahrzehnten im Spritzgussverfahren hergestellt. Die Hauptidee des Pulverspritzgießens ist es, die nahezu unbegrenzten Möglichkeiten der Formgebung des Spritzgussverfahrens mit den überlegenen Werkstoffeigenschaften von Metall oder Keramikwerkstoffen zu verbinden. 15

16 MIM - Definition Metallpulver spritzgießen??? 16

17 MIM - Definition Metallpulver spritzgießen? 17

18 MIM - Definition Metallpulver spritzgießen??? 18

19 MIM - Prozesschritte Brown part MIM part 19

20 Feedstock ermöglicht Spritzgießen Injection molding Green part Watery or solvent debinding Thermal debinding Brown part Sintering MIM part 20

21 Feedstock ermöglicht Spritzgießen Der Feedstock besteht üblicherweise aus 3+ Komponenten Metallpulver (45-75%) Polymer, z.b. Thermoplast (20-50%) Additive, z.b. Wachs (bis zu 5%) Oft wird der Feedstock speziell für die jeweilige Anwendung gemischt In der MIM-Industrie werden Feedstocks entweder selbst gemischt oder von einem Zulieferer bezogen (BASF, PolyMIM u.a.) 21

22 Feedstockkomponenten: Pulver Legierungsherstellung: 1. Mechanische Pulvermischung: Reine Metallpulver werden entsprechend der gewünschten Legierungszusammensetzung gemischt 2. Masteralloy Methode: Ein Masteralloy, das die Legierungselemente in konzentrierter Form enthält, wird mit preisgünstigem Eisenpulver (z.b. Carbonyleisen) entsprechend der Legierungszusammensetzung gemischt 3. Erschmolzene Legierung: Die bereits stöchiometrisch korrekte Legierung wird erschmolzen und anschließend gas- oder wassserverdüst 22

23 Feedstockkomponenten: Binder Der Binder wird während des MIM-Prozesses nur vorübergehend benutzt, um das Metallpulver spritzgussfähig zu machen. Trotzdem sind moderne Bindersystem chemisch höchst komplexe Rezepturen, da der Binder eine ganze Reihe Anforderungen zu erfüllen hat: Guter Pulvertransport beim Spritzgießen Großes Prozessfenster beim Spritzgießen Minimierung des Werkzeugverschleißes Gewährleistung einer hohen Grünlingsfestigkeit (Handling der Bauteile) Schnelle, effektive Entbinderung Niedriger Dampfdruck bei der Verbrennung (thermische Entbinderung) Niedrige Verbrennungstemperatur (wichtig z.b. für Ti-Legierungen) Keine Verbrennungsrückstände (zur Verhinderung von Oxid- und Carbidbildung beim Sintern) 23

24 MIM - Prozessschritte: Spritzgießen 24

25 MIM - Prozessschritte: Spritzgießen Die Verarbeitung von MIM-Feedstock erfolgt auf konventionellen Kunststoffspritzgussmaschinen Die Werkzeugtechnologie und die Verarbeitungsparameter (Temperatur, Spritzdruck, Zuhaltekräfte) sind vergleichbar mit der Verarbeitung von hochgefülltem Thermoplast Im Gegensatz zum Kunststoffspritzguss hat die Kavität allerdings nicht die Endgeometrie des Fertigteils, da der MIM-Prozess eine Bauteilschrumpfung von 10-25% zwischen gespritztem Grünteil und gesintertem Fertigteil aufweist Abhängig von Bauteilgröße und Jahresstückzahl, haben MIM Werkzeuge bis zu 32 Kavitäten. Angüsse sind 100% wiederverwendbar und werden oft in-line eingemahlen und zugeführt. 25

26 MIM - Prozessschritte: Spritzgießen 26

27 MIM - Prozessschritte: Entbindern 27

28 MIM - Prozessschritte: Entbindern Im nächsten Prozesschritt wird der Hauptbinder entfernt. Je nach Feedstocksystem geschieht dies mit Hilfe eines Lösemittels, thermisch oder in einer katalytischen Reaktion Solvent Solvent bath 28

29 MIM - Prozessschritte: Sintern 29

30 MIM - Prozessschritte: Sintern 30

31 MIM - Prozessschritte: Sintern Aufgrund ihrer geringen Bauteilgröße werden MIM Bauteile überwiegend in Batchöfen gesintert. Je nach Werkstoff geschieht dies bei Sintertemperaturen bis zu 1400 C und mehr, Sinteratmosphären sind Stickstoff, Wasserstoff oder Argon. Bei sehr großen Teilen (>100g) oder sehr großen Stückzahlen wird auch in Durchlauföfen gesintert. Diese sind mit denen vergleichbar, die beim Presssintern eingesetzt werden. 31

32 Warum MIM? Endkonturnahe Fertigung für hohe Stückzahlen Designfreiheit für komplexe Geometrien Höchst effizienter Materialeinsatz Sehr hoher Automatisierungsgrad Große Werkstoffvielfalt Umfangreiche Nachbearbeitungsschritte möglich Stückzahl MIM niedrig mittel hoch Bauteilkomplexität 32

33 MIM - dimensions 0.01g 33

34 MIM - Abmessungen 50 g 34

35 MIM - Abmessungen MIN 35

36 MIM - Abmessungen MAX 36

37 Vorteile des MIM Verfahrens Smarte Werkzeugintegration: Querbohrungen Innen- und Außengewinde Verzahnungen Oberflächenstrukturen Dünne Wandstärken Personalisierungen Leichtbau: MIM-Flansch in 316L und Aluminium Luxury: Werkzeugfallende Oberfläche Montage: Werkzeugfallendes Gewinde 37

38 Vorteile des MIM Verfahrens Smarte Grünlingsbearbeitung: Laserbohrung (0,5 mm in Werkstoff 100Cr6) Gewindeschneiden (M6 in Werkstoff M2) 38

39 Vorteile des MIM Verfahrens Smarte Grünlingsbearbeitung: MIM Bauteil MIM-Bauteile gefügt im Grünlingszustand MIM Bauteile 39

40 MIM-Oberflächen Bürst struktur werkzeugfallend Schriftzug nachpoliert Rand nachpoliert 40

41 MIM-Oberflächen sandgestrahlt/ lasergraviert lasergraviert/ PVD beschichtet hochglanzpoliert lasergraviert 41

42 MIM-Oberflächen vergoldet/(patiniert)/lackiert 42

43 MIM-Oberflächen werkzeugfallend trommelpoliert Werkstoffvarianten: Titan patiniert Kupfer lackiert/strass poliert/lackiert lackiert/lackiert Keramik 43

44 MIM-Oberflächen gestrahlt vergoldet poliert 44

45 MIM-Oberflächen Verschluss gestrahlt Verschluss poliert Gehäuse werkzeugfallend 45

46 MIM-Oberflächen - Zusatzleistungen Laserbohrungen für Durchlicht eingeklebte Rubine selbstsichernde Schrauben 46

47 MIM-Oberflächen Designprojekt Soulbuddy In Zusammenarbeit mit der 47

48 Vorteile des MIM Verfahrens große Werkstoffvielfalt (härtbare Stähle, rostfreie Stähle, Titan-, Nickelbasis-, Kupferlegierungen [ ]) Werkstoffeigenschaften vergleichbar zu konkurrierenden Verfahren effizienter Materialeinsatz erreichbare Dichte 96-98% (oberflächennah bis zu 100%) perfekte Reproduzierbarkeit hohe Genauigkeit enge Maßtoleranzen werkzeugfallend gute Oberflächenrauhigkeit Rz: 8-12 umfangreiche Nachbearbeitungsmöglichkeiten Grünlingsbearbeitung! 48

49 Ausblick 49

50 Ausblick 50

51 Vielen Dank für Ihre Aufmersamkeit! 51

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