Metal FFF 3D-Druckprozess verstehen: Vom Drucken bis zum Sintern

Metall-Fused-Filament-Fabrication (FFF) ist die zugänglichste, einfachste und erschwinglichste Metall-3D-Drucktechnologie. Branchen wie Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie verlassen sich bereits auf Metal FFF, um funktionale Teile mit Geschwindigkeit und Präzision zu produzieren.

Metal FFF folgt einem dreistufigen Workflow – Drucken, Entbinden und Sintern –, der die Prinzipien des Metallpulverspritzgusses (MIM) widerspiegelt. Der folgende Leitfaden zerlegt jede Phase, damit Sie verstehen, wie rohes Metall in fertige Komponenten transformiert wird.

Metal FFFs 3-Schritt-Workflow

Dies sind spezialisierte FFF-Maschinen, die MIM-Feedstock verwenden. Sie produzieren „grüne“ Teile, die entbunden und gesintert werden müssen, bevor sie nutzbar werden.

Da das Sintern eine vorhersagbare 15-20 % Schrumpfung verursacht, werden grüne Teile während des Drucks absichtlich um diesen Rand hochskaliert.

• Drucken: Metallpulver, gebunden in einem Thermoplast, wird schichtweise auf ein vakuumversiegeltes Blatt extrudiert, wodurch ein grünes Teil entsteht.
• Entbinden: Das grüne Teil wird in einem Lösungsmittelbad gewaschen, das den Großteil des Kunststoffbinders entfernt und ein braunes Teil ergibt.
• Sintern: Das braune Teil wird in einer kontrollierten Atmosphäre im Ofen erhitzt, um verbleibenden Binder auszubrennen und das Metallpulver zu einem fertigen Bauteil zu verschmelzen.

Schritt 1: Drucken

Metal FFF-Maschinen funktionieren wie konventionelle FFF-Drucker, verwenden aber ein vakuumversiegeltes Blatt statt eines Standardbetts. Die Prozessschritte sind:

• Modell in Software slicen.
• Vakuumversiegeltes Blatt auf die Bauplatte legen.
• Druck starten und Metallfilament extrudieren lassen.
• Vakuum freigeben, sobald das Teil fertig ist.
• Grünes Teil vom Blatt abziehen.

Dual-Extrusions-Drucker kombinieren MIM-Feedstock mit einem keramischen Trennfilament. Die MIM-Düse druckt Teil und Stützen, während die Keramikdüse einfache Trennung nach dem Sintern sicherstellt. Markforged bietet sechs industrietaugliche Filamente – A2 Werkzeugstahl, D2 Werkzeugstahl, Inconel 625, Kupfer, H13 Werkzeugstahl und 17-4 PH Edelstahl.

Schritt 2: Entbinden

Entbinden entfernt den Großteil des Binders und wandelt das grüne Teil in ein braunes Teil um, das für das Sintern bereit ist.

In der Waschstation wird das Teil in ein Lösungsmittelbad getaucht – typischerweise Opteon SF-79 –, das entwickelt wurde, den primären Binder effizient aufzulösen und gleichzeitig umweltverträglich zu sein.

Kernschritte:

• Grüne Teile in den Waschkorb legen.
• Korb in das Lösungsmittel senken und Deckel verschließen.
• Nach Waschzyklus Deckel öffnen und Teile entnehmen.
• Teile in eine Lufttrocknungskammer überführen.
• Getrocknete Teile entnehmen, sobald sie trocken sind.

Das Lösungsmittel schafft Mikropfade, die es ermöglichen, tief einzudringen und den Binder gleichmäßig zu entfernen.

Schritt 3: Sintern

Sintern ist die entscheidende finale Phase, in der das braune Teil in einer präzisen, kontrollierten Atmosphäre im Ofen erhitzt wird. Der Prozess entfernt verbleibenden Binder und verschmilzt das Metallpulver zu einem nahezu festen Teil.

Kernphasen:

• Intermediäres Erhitzen verbrennt verbleibenden Binder über Mikropfade, die beim Entbinden entstanden.
• Hochtemperatur-Sintern lässt das Teil 15-20 % auf seine Endmaße schrumpfen, erreicht >95 % Dichte bei Beibehaltung eines Closed-Cell-Infill.
• Das keramische Interface-Material wird zu feinem Staub, was einfache Trennung von Stützen und Raft ermöglicht.

Typische Ofenoperationen umfassen:

• Teile auf eine Setter-Platte laden.
• Platte in den Ofen einsetzen.
• Tür verschließen.
• Sinternzyklus starten.
• Prozess bis zum Abschluss laufen lassen.

Kostenlose Metal 3D-Druck Ressourcen

• Metal 3D Printing Fundamentals
• E-Book: Metal FFF Applications and Case Examples
• Comprehensive Guide to Metal FFF