AM-Kooperation Entwicklungspartnerschaft zwischen Materialexperte und 3D-Druckspezialist

Der Werkstoffspezialist Schunk ist jetzt auch Dienstleister für den 3D-Metalldruck. Der Anbieter von Serienlösungen unter anderem für das Metallpulverpressen und -spritzgießen hat am Standort Thale seine Kompetenz um den 3D-Metalldruck erweitert.

Bauteileigenschaften und Wirtschaftlichkeit erfordern beim 3D-Metalldruck unterschiedliche Verfahrenstechniken und Fertigungsstrategien. Mit der Anschaffung einer Multi-Material-3D-Druckanlage Exam 255 von AIM3D erweitert Schunk seine Kompetenz um das Composite Extrusion Modeling-Verfahren (CEM). Die ersten Ergebnisse dieser Entwicklungspartnerschaft können sich sehen lassen, wie Christian Stertz, Projektleiter für Systemtechnik bei Schunk, erläutert.

Das Ziel der Zusammenarbeit zwischen Schunk und AIM3D umfasst drei strategische Ansätze:

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• Materialentwicklungen, wie zum Beispiel Kupferwerkstoffe und Nickelbasiswerkstoffe,

• Weiterentwicklung der Anlagentechnik, zum Beispiel Extruderkühlung oder Vakuumspanntischanwendungen

• Marketing und Akquisition für Schunk als Anbieter von 3D-Metallteilen mit Losgrößen bis hin zu Einzelstücken.

Der Fokus liegt dabei auf Rapid Prototyping und Kleinserien, bei denen die Losgrößen für die konventionelle Sintertechnik zu klein sind. Ein solches Entwicklungsprojekt ist die Herstellung von Kupferbauteilen im 3D-Druck. Christian Stertz beschreibt, was das Drucken mit Kupfer so besonders macht.

Die 3D-Bauteilentwicklung in Kupfer ist für Schunk von strategischer Bedeutung, da es nur wenige Anbieter auf dem Markt gibt. Das leitfähige Material wird für bestimmte Bauteile in der Elektronikindustrie benötigt. Das Spektrum der Branchen und Anwendungen ist jedoch breit gefächert. Dazu gehören Anwendungen mit dem Schwerpunkt Thermomanagement, vor allem im Maschinen- und Anlagenbau. Hinzu kommen Anwendungen mit dem Schwerpunkt der verlustarmen Energieübertragung, etwa in der E-Mobilität, der Schweiß- und Härtetechnik sowie im Bereich der Energieversorgung. In diesen Anwendungen kommen sowohl reines Kupfer als auch Kupferlegierungen zum Einsatz. Mit dem System Exam 255 von AIM3D mit CEM-Technologie lassen sich laut Christian Stertz thermische oder elektrische Leitfähigkeitsvorteile im 3D-Druckprozess erhalten. Er sieht darin ein Alleinstellungsmerkmal, das im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren bessere und höhere Leitfähigkeitswerte an der Oberfläche und im Inneren der Bauteile hervorhebt. Darüber hinaus bietet das CEM-Verfahren Materialpreis- und Ressourcenschonungsvorteile.

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Projekte mit Kupfer

Schunk hat zum Beispiel Induktionshärter (Induktoren) für Zahnräder im Automobilbereich und für Kettenräder von Motorsägen entwickelt. Dabei handelt es sich um die Induktionshärtung eines Bauteils durch partielle Oberflächenhärtung für höchste mechanische Anforderungen. Die physikalischen Eigenschaften dieser Kupferbauteile sind eine Dichte von ca. 8,5 g/cm3 (rel. ca. 95-96 Prozent) bei 75-80 Prozent Leitfähigkeit (Prozent IACS). Die erreichten Dichtewerte sind vergleichbar mit Metall-Spritzgussverfahren (MIM). Die Dichte des Kupfers beeinflusst insbesondere die Leitfähigkeit, aber auch mechanische Eigenschaften wie Härte oder Verschleißfestigkeit. Christian Stertz hebt die Vorteile dieses AM-Verfahrens gegenüber konventionellen Fertigungsstrategien hervor.

Der hohe Grad an geometrischer Freiheit ermöglicht interne Kanäle oder Hinterschneidungen. Darüber hinaus ermöglichen bionische Strukturen, die Gewicht und Material einsparen und gleichzeitig die Funktionalität erhöhen, auch Kosteneinsparungen. Wie bei jedem AM-Verfahren lassen sich auch beim Einsatz von CEM-Systemen von AIM3D Kosten für die Bearbeitung und den Werkzeugbau einsparen, da es sich nicht um ein formgebundenes Verfahren handelt. Allerdings gilt auch: Für sehr einfache Geometrien und große Stückzahlen ist das CEM-Verfahren tendenziell nicht geeignet, da hier etablierte Serienverfahren wie MIM vorteilhafter sind.

Markttrends im 3D-Metalldruck

Christian Stertz sieht ein großes Potenzial für das AM-Verfahren in den unterschiedlichsten Marktsegmenten wie Transportlösungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobil-, Schienen- und Schiffbau, in der Medizintechnik und im Werkzeugbau.

Christian Stertz: "Mit der Weiterentwicklung der Kundenanforderungen hinsichtlich neuer Design- und Materialoptionen, wie z.B. dem bionischen Design, wird sich auch das Spektrum der 3D-Drucktechnologien weiter entwickeln. Bestimmte Anwendungen bevorzugen die Bearbeitung mit bestimmten AM-Verfahren. Es werden auch Nischen entstehen und der Wettbewerb, der Nischen mit etablierten Verfahren verdrängt, wird die Technologieentwicklung weiter vorantreiben."

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