Composite Extrusion Modeling extrusionsbasierte additive Fertigung mit metallischen Werkstoffen Clemens Lieberwirth, Arne Harder, Hermann Seitz Lehrstuhl für Fluidtechnik und Mikrofluidtechnik Universität Rostock
Gliederung Motivation Konzept Composite Extrusion Modeling Untersuchungen Materialien und Methoden Ergebnisse Fazit 2
Motivation Metalldruck noch Nischen-Anwendung: Anlagenkonzepte groß und komplex leichtere Anpassung an Kundenanforderungen gefordert Maschinenkosten zu hoch (ab 500.000 ) Arcam (SE) A1 SEBM am LFM in Rostock Entwicklung eines kostengünstigen additiven Fertigungsverfahrens zur Herstellung von Metallteilen. 3
Konzept Ablauf in zwei Phasen: Aufbau des Grünlings bei ca. 190 C Entbindern & Sintern bei ca. 1400 C 4
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
Materialien und Methoden Standard Metall-Spritzgussgranulat mit Stahl 1.4542 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
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
Materialien und Methoden Sinterprozess Entbinderung und Sinterung in einer kontinuierlich arbeitenden Industrieanlage Quelle: GKN Sinter Metals, Dokumentation zur Sinterung von Probestücken 8
Ergebnisse Gesinterte Objekte Fertigung von endkonturnahen Bauteilen prozessbedingter konstanter Schrumpf von 15 % Teile bleiben formtreu Schrumpf an einer Riemenscheibe 9
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
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) 1400 1200 1000 100 % Infill 60 % Infill 30 % Infill 1400 1200 1000 1123 1269 800 600 800 600 860 400 400 200 200 0 0 10 20 30 40 50 Stauchung / % 0 Infill 30 % Infill 60 % Infill 100 % 11
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
Vielen Dank für Ihr Interesse! M.Sc. Clemens Lieberwirth Clemens.lieberwirth@uni-rostock.de Universität Rostock Lehrstuhl für Fluidtechnik und Mikrofluidtechnik Justus-von-Liebig-Weg 6 18059 Rostock 13