Funktionsweise des Metall-FFF-3D-Druckprozesses

Dreistufiger Druckprozess von Metal FFF

Diese Metall-3D-Drucker sind eine hochspezialisierte Variante von FFF-Druckern, die für das Drucken von MIM-Rohstoffen (Metallspritzguss) optimiert sind. Bei dieser Art des Druckens entstehen „grüne“ Metallteile, die vor der endgültigen Verwendung entbunden und gesintert werden müssen.

Diese „grünen“ Teile werden immer um 15-20% von den endgültigen Teilabmessungen skaliert, um eine wiederholbare und vorhersagbare Schrumpfung während des Sinterns zu berücksichtigen.

• Drucken: kunststoffgebundenes Metallpulver wird schichtweise in die Form Ihres Teils gedruckt. Die Teile werden hochskaliert, um die Schrumpfung während des Sinterprozesses auszugleichen, was zu „grün . führt ” Teile.
• Entbinderung: Nach dem Druck werden die Grünteile in die Entbinderungsstation gelegt, wo ein organisches Lösungsmittel verwendet wird, um den größten Teil des Kunststoffbindematerials aufzulösen. Grüne Teile werden nach dem Waschen als „braun . bezeichnet ” Teile.
• Sintern: Gewaschene „braune“ Teile werden anschließend in einen Ofen gelegt, wo sie mit einem materialspezifischen Profil erhitzt werden – zuerst um restliches Bindemittel zu verbrennen, dann um Metallpulver zu einem fertigen Teil zu verfestigen.
  

Schritt 1:Drucken

Metal FFF 3D-Drucktechnologien verwenden einen Prozess, der mit herkömmlichen FFF-Druckern nahezu identisch ist. Der einzige Hauptunterschied besteht darin, dass Metall-FFF-Drucker einen vakuumversiegelten Druckbogen anstelle eines herkömmlichen Druckbetts verwenden.

Für Benutzer beinhaltet der Druckprozess:

• Slicen von Teilen auf einer Softwareplattform
• Auflegen eines vakuumversiegelten Druckbogens auf das Druckbett
• Initiierung des Metall-3D-Druckprozesses
• Entfernen des gedruckten Teils, nachdem das Vakuum aufgehoben wurde
• Abziehen des „grünen“ Teils vom Druckbogen

Doppelextrusion mit MIM-Rohmaterial: Diese Druckertypen extrudieren MIM-Filament in einer Düse und Keramik-Interface-Filament in der anderen.

Eine Extrusionsdüse dient zum Drucken von MIM-Feedstock, bei dem es sich um ein Metallpulver handelt, das in ein zweiteiliges Kunststoffbindematerial gebunden ist. Dies ist das Material, das verwendet wird, um das Teil selbst sowie die Stützen und das Floß zu bilden. Für industrielles 3D-Druckermetall bietet Markforged derzeit sechs verschiedene kommerzielle Qualitäten an – A2-Werkzeugstahl, D2-Werkzeugstahl, Inconel 625, Kupfer, H13-Werkzeugstahl und 17-4 PH-Edelstahl.

Die andere Düse druckt keramisches Trennmaterial. Dies stellt die Oberfläche zwischen den Teilen und ihren Stützen und Flößen bereit. Ohne dieses Trennmaterial wäre der 3D-Druck von Metallteilen, die Stützen benötigen, nicht möglich. Durch den Sinterprozess wird dieses Material zu Pulver, wodurch sich das Teil leicht von Trägern trennen lässt.

Schritt 2:Entbindern

Der Entbinderungsschritt entfernt den Großteil des Bindematerials. Das Ergebnis ist ein „braunes“ Teil, das zum Sintern bereit ist.

Zunächst wird der „grüne“ Teil in einer Waschstation in ein beheiztes Lösungsmittelbad gelegt, wobei eine Entfettungslösung zum Auflösen des Primärbindemittels verwendet wird. Markforged Metall-FFF-Maschinen verwenden Wash-1, eine Entbinderungslösung auf Lösungsmittelbasis. Es verwendet hauptsächlich Opteon SF-79 als Lösungsmittel, eine Hochleistungsflüssigkeit, die auf umweltverträgliche Weise überlegene Reinigungskraft, höhere Effizienz und Sicherheit bietet.

Insgesamt ist der Entbinderungsprozess für Metall-FFF ziemlich einfach und erfordert nur grundlegende PSA. Benutzerschritte für den Entbinderungsprozess umfassen:

• Hinzufügen von grünen Teilen in einen Waschkorb
• Senken Sie es mit dem Lösungsmittel in die Maschine und schließen Sie den Deckel
• Öffnen des Deckels nach dem Waschen und Entnehmen der Teile aus dem Waschkorb
• Einlegen der Teile in eine Lufttrocknungskammer in der Waschstation
• Entfernen der Teile aus der Waschstation, sobald die Teile getrocknet sind
  

Was passiert also mit einem Teil beim Waschen? Das Entbinderungslösungsmittelbad löst das primäre Bindematerial im Grünling. Beim Auflösen von Bindematerial öffnet das Lösungsmittel mikroskopisch kleine Flüssigkeitswege in das Teil, wodurch das Lösungsmittel tiefer fließen und sich mehr auflösen kann.

Schritt 3:Sintern

Das Sintern ist der entscheidende letzte Schritt dieses metallischen additiven Herstellungsprozesses.

Beim Sintern werden die „braunen“ Teile aus dem Entbinderungsschritt entfernt, das restliche Bindemittel ausgebrannt und dann das Teil bei einer nahen Schmelztemperatur gesintert. All dies geschieht in einer präzisen, kontrollierten Atmosphäre. Der automatisierte Prozess ist äußerst komplex und erfordert eine präzise Steuerung einer Umgebung mit hohem Energiebedarf.

Der Sinterprozess umfasst mehrere Schlüsselphasen. Zuerst wird das Teil auf eine Zwischentemperatur erhitzt, um das restliche Bindematerial auszubrennen, das das Teil durch die Mikrowege verlässt, die während des Lösungsmittel-Entbinderungsprozesses entstehen. Zweitens wird das Teil auf die Sintertemperatur erhitzt, wo es von der größeren „grünen“ oder „braunen“ Größe auf die endgültige Größe des 3D-gedruckten Funktionsteils schrumpft. Festkörpergeometrien verschmelzen zu einer Porosität von über 95%, während die geschlossenzellige Füllung erhalten bleibt. Das keramische Schnittstellenmaterial wird zu Staub, wodurch Benutzer das 3D-gedruckte Metallteil leicht vom Floß und den Stützen trennen können.

Die Verwendung eines Sinterofens erfordert die folgenden Schritte:

• Hinzufügen von Teilen zur Setterplatte

• Einsetzen der Setterplatte in den Ofen
• Schließen der Ofentür
• Start des Sinterprozesses
• Prozess bis zum Abschluss ausführen

Kostenlose Ressourcen zum 3D-Drucken von Metall

• Grundlagen des Metall-3D-Drucks
• E-Book:Metall-FFF-Anwendungen und Fallbeispiele
• Umfassender Leitfaden für Metal FFF