3D-Druck von Prototypen- und Großserienteilen Christian Koenen GmbH HighTech Stencils

Transkript

1 3D-Druck von Prototypen- und Großserienteilen

2 Prozess Paste Layout Sieb / Schablone Druck Green Part Sintern Wärmetauscher Geplantes Bauteil >> Zerlegung in Ebenen 2D-Layout Fotoplot zur Siebproduktion oder CAD-Daten für lasergeschnittene Schablonen

3 Prozess Paste Layout Sieb / Schablone Druck Green Part Sintern Sieb: Fotopolymer definiert das Layout Schablone: lasergeschnittener Edelstahl Auflösung bis: ~50 µm (abhängig von der Öffnung) Sieb Schablone

4 Prozess Paste Layout Sieb / Schablone Druck Green Part Sintern Wasser- oder lösemittelbasierende Pasten Paste: Partikel, Additive, Binder, Trägerstoff Feststoffanteil: Vol.-% Schwierigkeit: Einstellung der perfekten Viskosität

5 Prozess Paste Layout Sieb / Schablone Druck Green Part Sintern Drucken und Trocknen Mögliche Lagenstärke µm Zeit / Druck ~ 5 s Drucken Trocknen Zeit / Trocknung s Abdichtung und Erzeugen von Kavitäten möglich

6 Prozess Paste Layout Sieb / Schablone Druck Green Part Sintern Partikel Green Part Partikel werden vom Binder zusammengehalten Partikeldichte ~ 55-60% Binder Organik ~1-5 % Massenanteil Druck auf sinterfähigem Substrat

7 Prozess Paste Layout Sieb / Schablone Druck Green Part Sintern Entfernen der Binder und Additive Sintern zu vollen Dichte Schrumpf ~10-20 % (lin.) Wärmebehandlung Fraunhofer IFAM, branch lab Dresden

8 Equipment Automatische Sieb- und Rüstkontrolle Druckbare Fläche 200 x 300 mm² Klimatisierter Innenraum 2 Drucktische IR- und UV-Trocknung Netto-Aufwachsrate ca cm³ / h (gesintert)

9 Beispiele Wandstärke 100 µm Öffnung (80 µm) Hohe Stückzahl Kavitäten Überhänge Sprödes und schweres Material Material Kombinationen Funktionalisiert Serienproduktion 5 mm

10 Beispiele Wandstärke 100 µm Öffnung (80 µm) Hohe Stückzahl Kavitäten Überhänge Sprödes und schweres Material Material Kombinationen Funktionalisiert Serienproduktion

11 Beispiele Wandstärke 100 µm Öffnung (80 µm) Hohe Stückzahl Kavitäten Überhänge Sprödes und schweres Material Material Kombinationen Funktionalisiert Serienproduktion

12 Beispiele Wandstärke 100 µm Öffnung (80 µm) Hohe Stückzahl Kavitäten Überhänge Sprödes Material Material Kombinationen Funktionalisiert Serienproduktion Gesinterter Wolfram

13 Beispiele Wandstärke 100 µm Öffnung (80 µm) Hohe Stückzahl Kavitäten Überhänge Sprödes Material Material Kombinationen Funktionalisiert 5 mm Serienproduktion Material Kombination: ZrO 2 + Metall

14 Beispiele Wandstärke 100 µm Öffnung (80 µm) Hohe Stückzahl Kavitäten Überhänge Sprödes Material Material Kombinationen Funktionalisiert Serienproduktion Mehr als Teile / Jahr

15 Material Keramik: Al 2 O 3, ZrO 2, SiC, WC, MoSi 2 Metall Stahl Kupfer Molybdändisilicid Siliciumcarbid

16 Anwendungsgebiete Mikroteile Wärmetauscher Brennstoffzelle Mikroreaktor Biotechnologie Filter Dichtungen Schmuck

17 Bipolarplatte mit integriertem Flow-Field

18 Mikrokanalkühler Design optimiertere Strukturen (COMSOL) Verschiedene CAD- Modelle in einem Sieb integriert

19 Mikrobauteile Mikrohülsen für elektrische Aufgaben ~3500 Bauteile gleichzeitig auf Laboranlage IFAM Dresden

20 Ziel 3D Druck Verknüpfung der beiden Massenverfahren 2D-Siebdruck und klassischer Pulvermetallurgie zu einem neuen Massenverfahren

21 Ökonomischer Aspekt Kalkulation: Aktive Druckfläche 200 x 300 mm² Siebstandzeit 5000 Drucke Ausbeute: 90 % Inklusive: Personalkosten Maschinenstunden & Abschreibung Sintern

22 Ökonomischer Aspekt Beispiel Wärmetauscher influence of screen size on cost/part (2x3 cm) 1.0 IFAM s Siebgröße 6,000,000 Kostenreduzierung Größeres Sieb cost/part [ ] single shift (two printing tables) single layer heigth: 15 µm drying time per layer: 20 s part height: 1 mm 5,000,000 4,000,000 3,000,000 parts/year Schneller trocknen Höhere Schichtstärke ~350,000 parts per year ,000,000 1,000,000 0 screen size [m²]

23 Partnerschaft CK - IFAM Beginn der Zusammenarbeit seit 2008 (Siebe), 2015 (Schablonen) Stand IFAM 2008: Hohes Knowhow Pulvermetallurgie, rudimentäre Kenntnisse Siebdruck >> Produktion erster Teile Gemeinsamer Technologietransfer und Unterstützung Aktuell: Zusammenarbeit in gemeinsamen Projekte, sowohl öffentlich gefördert als auch in direkter Kundenbeauftragung

24 Partnerschaft CK - IFAM Erschließung des 3D Schablonendrucks Erhöhung Lagendicke 100 µm >> 500 µm >> 1 mm Schablone / M-TeCK Schablone

25 M-TeCK Kombination der positiven Eigenschaften von Sieb und Schablone Metallschablone mit definiert offenen Bereichen und Stegen Beschichtung zur Verbesserung des Abdichtverhaltens

26 M-TeCK Schichtdicken bis in den Millimeterbereich Druck von Linien, Rahmen und Flächen Minimaler Verzug im Vergleich zum Sieb Anpassung Öffnungsgrad Hohe Standzeit

27 Gelöste Probleme Poren Pastentrocknung Auslöseverhalten Kleben des Siebes am Druckgut 200 µm

28 Zusammenfassung Der 3D Siebdruck ist ein kostengünstiger Prozess zur Herstellung präziser Bauteile aus Metall und/oder Keramik.

29 Kontakt: Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Institutsteil Dresden Winterbergstraße Dresden Germany Telefon Alle Grafiken in der Präsentation sind Eigentum der Christian Koenen GmbH / der Fraunhofer Gesellschaft.