Composite Extrusion Modeling extrusionsbasierte additive Fertigung mit metallischen Werkstoffen

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1 Composite Extrusion Modeling extrusionsbasierte additive Fertigung mit metallischen Werkstoffen Clemens Lieberwirth, Arne Harder, Hermann Seitz Lehrstuhl für Fluidtechnik und Mikrofluidtechnik Universität Rostock

2 Gliederung Motivation Konzept Composite Extrusion Modeling Untersuchungen Materialien und Methoden Ergebnisse Fazit 2

3 Motivation Metalldruck noch Nischen-Anwendung: Anlagenkonzepte groß und komplex leichtere Anpassung an Kundenanforderungen gefordert Maschinenkosten zu hoch (ab ) Arcam (SE) A1 SEBM am LFM in Rostock Entwicklung eines kostengünstigen additiven Fertigungsverfahrens zur Herstellung von Metallteilen. 3

4 Konzept Ablauf in zwei Phasen: Aufbau des Grünlings bei ca. 190 C Entbindern & Sintern bei ca C 4

5 Untersuchungen Durchführung von Untersuchungen zur Charakterisierung mechanischer und geometrischer Kennwerte Fertigung von Druckzylindern mit var. Infill Vermessung und Dokumentation Sintern Vermessung und Dokumentation Bestimmung der Druckfestigkeit Bestimmung von Dichte / Porosität Bestimmung des Schrumpfs 5

6 Materialien und Methoden Standard Metall-Spritzgussgranulat mit Stahl Granulat mit ca. 3 mm Durchmesser Verarbeitung über eigens entwickelten, kompakten (140 x 50 x 60 mm³) Extruder Aktive Lüftung Düsendurchmesser 0,5 mm (variabel) Zeit zum Aufheizen 10 min Konstruktionsmodell des Granulatextruders 6

7 Materialien und Methoden Grünteilfertigung Additive Fertigung der Druckzylinder und diverser Formteile Bild 1 Modell Türhaken Bild 3 Grünlinge Riemenscheiben Bild 2 Grünling Türhaken Bild 4 Grünlinge Druckzylinder 7

8 Materialien und Methoden Sinterprozess Entbinderung und Sinterung in einer kontinuierlich arbeitenden Industrieanlage Quelle: GKN Sinter Metals, Dokumentation zur Sinterung von Probestücken 8

9 Ergebnisse Gesinterte Objekte Fertigung von endkonturnahen Bauteilen prozessbedingter konstanter Schrumpf von 15 % Teile bleiben formtreu Schrumpf an einer Riemenscheibe 9

10 Ergebnisse Porosität / Dichte Gefüge mit einer relativen Dichte von ca. 96 % Nachverdichtung durch Heiß-Isostatisches-Pressen möglich 25 µm Metallografischer Schliff, 200 fache Vergrößerung, Metallografischer Schliff, Prof. Keßler, Werkstofftechnik Universität Rostock 10

11 Spannung / MPa σd40% in MPa Ergebnisse Druckfestigkeit Duktiles Werkstoffverhalten mit Stauchungen von über 40 % ohne technischen Anriss Alle Proben zeigten für Stähle übliche Stauchungserscheinungen (Fassbildung) % Infill 60 % Infill 30 % Infill Stauchung / % 0 Infill 30 % Infill 60 % Infill 100 % 11

12 Zusammenfassung Verfahrenskonzept als Prototypenanlage umgesetzt Funktionsweise konnte mit Standard- Granulat nachgewiesen werden Signifikante Kosteneinsparung erreicht Mechanische Charakterisierung der gesinterten Teile Ausblick Diverse Formteile, gesintert Individuelle Anpassung der Kinematik / Materialzuführung Versuche mit weiteren Materialien 12

13 Vielen Dank für Ihr Interesse! M.Sc. Clemens Lieberwirth Universität Rostock Lehrstuhl für Fluidtechnik und Mikrofluidtechnik Justus-von-Liebig-Weg Rostock 13