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Vom Pulverhersteller zur Maschine

: Höganäs


Ursprünglich hat man bei Digital Metal, einem Tochterunternehmen der Höganäs AB aus Schweden, auf die Produktionsdienstleistung für Metallteile im Metall-Binderjetting-Verfahren gesetzt. Ende 2017 hat man sich dazu entschlossen, die selbst entwickelte Fertigungsmaschine DM P2500 als Kaufsystem im Markt anzubieten. Das System liefert entscheidende Vorteile bei der Herstellung von kleinen und hochkomplexen Prototypen und Serienteilen aus Metall. Von Georg Schöpf, x-technik

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Seit September 2017 ist es offiziell. Die DM P2500 AM-Systeme von Digital Metal kann man jetzt auch kaufen. Seit 2013 wurden bei Digital Metal, die aus der schwedischen Höganäs AB hervorgegangen ist, im Kundenauftrag Metallteile im Binderjetting-Verfahren hergestellt. Die Besonderheit des Verfahrens liegt in der Möglichkeit, sehr kleine, dafür aber hochpräzise Teile herzustellen. Über 200.000 Auftragsteile wurden in der Zwischenzeit gefertigt, bis das System kommerziell verfügbar wurde.

In einem sich derart schnell verändernden Markt wie der Additiven Fertigung mag es riskant erscheinen, mit der Markteinführung einer Technologie so lange zu warten, bis sie wirklich vollends ausgereift ist. Aber das Warten hat sich gelohnt. „Uns war es wichtig, ein System liefern zu können, bei dem wir absolut sicher sind, dass es die Anforderungen der Industrie erfüllen kann“, meint Ralf Carlström, Geschäftsführer von Digital Metal. „Mit dem DM P2500 haben wir ein System auf den Markt gebracht, das über einen langen Zeitraum seine Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt hat. Wir sind damit in der Lage, komplexe Metallteile mit unvergleichlicher Präzision und Oberflächenqualität auch in größeren Stückzahlen zu produzieren“, so Carlström weiter. Bis zur Markteinführung der Maschinen wurden die Systeme bereits erfolgreich für die Herstellung von Teilen in den Bereichen Aerospace, Schmuckindustrie, Dental und im Industriesektor eingesetzt.

Hochpräzisions-Binderjetting made by Digital Metal

Im Binderjetting-Verfahren werden die Bauteilschichten im Pulverbett zunächst durch Aufbringen eines flüssigen Binders – ähnlich dem Ink-Jet Verfahren im 2D-Druck – aufgebracht. Im Gegensatz zum Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erfolgt
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Im Binderjetting-Verfahren werden die Bauteilschichten im Pulverbett zunächst durch Aufbringen eines flüssigen Binders – ähnlich dem Ink-Jet Verfahren im 2D-Druck – aufgebracht. Im Gegensatz zum Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erfolgt bei der Schichterstellung kein Energieeintrag im Pulverbett.

Im Binderjetting-Verfahren werden die Bauteilschichten im Pulverbett zunächst...

also bei der Schichterstellung kein Energieeintrag im Pulverbett. Für das Binderjetting-Verfahren werden Metallpulver in vergleichbaren Partikelfraktionen eingesetzt, wie sie auch im MIM-Prozess zur Anwendung kommen. Die Partikelgröße liegt dabei zwischen 5 und 20 µm. Da der Binderjetting-Prozess bei Raumtemperatur abläuft, ist auch keine Schutzatmosphäre erforderlich.

Es erfolgt beim Bauprozess kein Aufschmelzen der Partikel, dadurch kann selbst bei sehr filigranen und komplexen Strukturen auf Supportgeometrien verzichtet werden. Außerdem wird dadurch das Entfernen des Restpulvers stark vereinfacht und die Anforderungen hinsichtlich einer Nachbearbeitung der Teile verringert. „Die Möglichkeit, ohne Supportgeometrien drucken zu können, verringert die Rüstzeiten zwischen den einzelnen Baujobs und führt damit zu einer wesentlich höheren Produktivität des Gesamtprozesses“, erklärt Carlström und ergänzt: „Hinzu kommt, dass das Restpulver, weil es keiner chemischen oder thermischen Belastung ausgesetzt wurde, nach dem Entpackvorgang komplett wiederverwendet werden kann.“

Mehrstufiger Prozess

Nach dem Auspacken der Teile aus der Build-box müssen die Teile entbindert und anschließend gesintert werden. Dadurch erlangen die Bauteile ihre endgültige Dimension und Dichte. Diese Prozessschritte sind in der Industrie aus dem Bereich des Metal-Injection-Mouldings (MIM) bereits gut verankert und es gibt reichhaltige Erfahrungswerte, auf die zurückgegriffen werden kann. „Das Binderjetting in Verbindung mit den nachgeschalteten
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Das Binderjetting-Verfahren bietet die Möglichkeit auch große Stückzahlen wirtschaftlich zu produzieren.

Das Binderjetting-Verfahren bietet die Möglichkeit auch große Stückzahlen...

Sinterprozessen ermöglicht es in Wahrheit, die endgültigen Bauteil- und Materialeigenschaften viel genauer und vielfältiger einzustellen als dies beim Strahlschmelzen möglich ist. Sowohl im Druck als auch beim Sintern können vielfältige Parameter hinsichtlich der Pulvermetallurgie beeinflusst werden“, weiß der Geschäftsführer.

Was ist anders?

Digital Metal ist auf dem Markt nicht das einzige Unternehmen, das Binderjetting für die Herstellung von Metallteilen nutzt. Das patentierte Verfahren bringt jedoch signifikante Vorteile hinsichtlich Genauigkeit und Oberflächenqualität bei der Herstellung sehr kleiner Teile mit sich. In einer Vergleichsstudie, die von CETIM, dem Centre Technique des Industries Méchanique in St. Etienne in Frankreich, herausgegeben wurde, haben Forscher identische Teile sowohl mit dem Digital Metal Verfahren als auch im Laserschmelzverfahren hergestellt und miteinander verglichen. Die Studie ergab erheblich bessere Oberflächenergebnisse und Genauigkeitsgrade bei Teilen aus 316L Edelstahl, CoCr und Ti6Al4V, die mit dem DM P2500 System hergestellt wurden im Vergleich zu Teilen aus dem Laserschmelzverfahren. Zusätzlich zu den unmittelbaren Oberflächenverbesserungen im Vergleich zu anderen AM-Verfahren bietet Digital Metal Prozesse für eine weitere Erhöhung der Oberflächenqualität an. Durch Kugelstrahlen oder Trommelschleifen können Rauheitsgrade im Bereich von Ra 3 µm erzielt werden. Mit dem „Superfinish-Verfahren“ sogar eine Oberflächengüte von Ra 1 µm.

Überschneidungen zum Metal-Injection-Moulding

Vergleicht man die Stärken und Schwächen unterschiedlichster
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Bei Digital Metal werden Metallteile im Binderjetting-Verfahren hergestellt. Die Besonderheit des Verfahrens liegt in der Möglichkeit, sehr kleine, dafür aber hochpräzise Teile herzustellen.

Bei Digital Metal werden Metallteile im Binderjetting-Verfahren hergestellt....

Endform-Prozesse, so wird ersichtlich, dass nur mit dem Metal Injection Moulding, der dem Digital Metal Verfahren technologisch sehr nahe ist, ähnlich akkurate Ergebnisse erzielt werden können wie mit dem Digital Metal Prozess selbst. Mit den jeweiligen USPs, die diese beiden Verfahren bieten, sieht Carlström das Binderjetting im Vergleich zum MIM eher als Ergänzung denn als Konkurrenz. „Es gibt viele Analogien bei den beiden Verfahren. Bei beiden wird durch sintern die eigentliche Festigkeit im Material erzeugt, was zu vergleichbaren mechanischen Eigenschaften, Dichte und Mikrostruktur führt. Die etablierten Standards für den MIM-Prozess sind auf unsere Technologie in gleicher Weise anwendbar. Im MIM-Bereich besteht ein großer Erfahrungsschatz und ein hoher Verbreitungsgrad im Umgang mit Sinteröfen und den dazugehörigen Prozessen. Dadurch sehen wir unsere Technologie als logische Ergänzung für MIM im Bereich von Prototypen und Kleinserien“, so der Geschäftsführer.

Neue Anwendungsgebiete für die Additive Fertigung

Für Digital Metal steht im Vordergrund, völlig neue Anwendungsfelder zu erschließen, statt mit bestehenden Fertigungsmethoden in Konkurrenz zu treten. „Unsere Technologie ist bestens dazu geeigneten, völlig neue Bereiche zu eröffnen. So haben wir beispielsweis allein 2017 zwölf verschiedene Komponenten in unterschiedlichen Stückzahlen bei uns gefertigt, die zuvor nicht hergestellt werden konnten“, erklärt Alexander Sakratidis, Vertriebs- uns Marketingmanager bei Digital Metal. „Von insgesamt etwa 50.000 ausgelieferten Teilen betrafen 25.000 eine einzige Geometrie aus einem Industrieprojekt aus 2016. Das
zeigt eindrucksvoll, dass sich unsere Technologie auch für die Serienproduktion eignet und kleine, additiv gefertigte Metallteile, vergleichbar zu MIM, in allen Industriezweigen ihre Berechtigung haben“, so Sakratidis weiter.

Kapazitätserweiterungen zum Verkaufsstart der Maschinen

Seit im November angekündigt wurde, dass Digital Metal ihre Maschinen für den Markt verfügbar macht, wurden am Firmenhauptsitz in Höganäs zusätzliche Ressourcen geschaffen, um den neuen Anforderungen gerecht zu werden. Carlström erklärt, dass die Büro- und Produktionsflächen um 50 % erweitert wurden, um eine Serienproduktion der Maschinen zu ermöglichen. „Unser DM P2500 System wurde technologisch überarbeitet und in der Aufstellfläche reduziert. Die erste Produktionscharge beinhaltet sechs Maschinen, die mit neuesten Automatisierungssystemen ausgestattet sind. Das neue DM P2500 System kann noch kleinere und kompliziertere Teile erstellen als jedes andere vergleichbare AM-System und verfügt über eine Fertigungsgeschwindigkeit von 100 cm³/h, bei einer Auflösung von 35 µm und einer durchschnittlichen Oberflächenrauigkeit von Ra 6 µm vor dem Finish. Mit einem Bauraumvolumen von 2.500 cm³ und dem Potenzial, bis zu 50.000 kleine, komplexe Objekte in einem einzigen Baujob herzustellen und dabei auf jegliche Supportgeometrie verzichten zu können, macht die DM P2500 zur maßgeschneiderten Lösung für den steigenden Fokus auf die Industrialisierung in der Additiven Fertigung“, fasst der Geschäftsführer abschließend zusammen.

Im Binderjetting-Verfahren werden die Bauteilschichten im Pulverbett zunächst durch Aufbringen eines flüssigen Binders – ähnlich dem Ink-Jet Verfahren im 2D-Druck – aufgebracht. Im Gegensatz zum Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erfolgt bei der Schichterstellung kein Energieeintrag im Pulverbett.
Das Binderjetting-Verfahren bietet die Möglichkeit auch große Stückzahlen wirtschaftlich zu produzieren.
Bei Digital Metal werden Metallteile im Binderjetting-Verfahren hergestellt. Die Besonderheit des Verfahrens liegt in der Möglichkeit, sehr kleine, dafür aber hochpräzise Teile herzustellen.
Im Binderjetting-Verfahren werden die Bauteilschichten im Pulverbett zunächst durch Aufbringen eines flüssigen Binders – ähnlich dem Ink-Jet Verfahren im 2D-Druck – aufgebracht. Im Gegensatz zum Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erfolgt bei der Schichterstellung kein Energieeintrag im Pulverbett.
Im Vergleich zu anderen AM-Verfahren bieten Digital Metal Prozesse eine weitere Erhöhung der Oberflächenqualität an. Durch Kugelstrahlen oder Trommelschleifen können Rauheitsgrade im Bereich von Ra 3 µm erzielt werden – mit dem „Superfinish-Verfahren“ sogar eine Oberflächengüte von Ra 1 µm.


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Im Gespräch

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Vor Übernahme seiner heutigen Position war Gerd Weber seit Mai 2013 Leiter der Zentralen Produktionsplanung und -steuerung. Er kam 2011 zu Premium Aerotec, zunächst als Leiter der Zentralen Dienste und des Produktionsmanagements am Standort Nordenham. Im März 2003 startete er seine Laufbahn bei Airbus, zunächst im Kabinenausstattungswerk in Laupheim, ab 2006 übernahm er die Entwicklungsleitung für die Long-Range-Systemintegration in Hamburg. Im Jahr 2007 wurde er mit dem Aufbau und der Leitung des A380-Manufacturing Engineering in Toulouse betraut. Mit diesen Erfahrungen übernahm er 2010 die transnationale Leitung der A350-Industrialisierung für Rumpf und Kabine und war für den Aufbau des harmonisierten Produktionssystems der Airbus-Werke verantwortlich. Das Interview führte Georg Schöpf / x-technik
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