Polymertechnologie Überblick

Polymertechnologie Überblick

Was sind gängige Polymertechnologien?​

Die Entwicklung der additiven Fertigungslandschaft reicht bis in die frühen 80er Jahre zurück und begann mit der Erfindung des Stereolithographieverfahrens durch Charles Hull. Diese Erfindung kann als Ausgangspunkt für den Polymer-AM-Markt sowie für den gesamten AM-Markt erklärt werden. Es ebnete den Weg für frühe Anwender der Technologie und die Entwicklung weiterer Technologieprinzipien. Seitdem ist die Zahl der Prozesse und Unternehmen explosionsartig gestiegen, so dass es schwierig ist, den Überblick zu behalten. 

Quelle: EOS

Kursstruktur

Was wird in diesem Kurs enthalten sein?

Das Ziel dieses Kurses ist es, einen Überblick über die ausgereiftesten Verfahren der Additiven Fertigung von Polymeren zu geben. Im nächsten Abschnitt werden wir daher den Reifegrad von Polymertechnologien erörtern und den aktuellen Stand etablierter und neuer Technologien diskutieren.

In den folgenden Abschnitten haben wir für die ausgereiftesten Verfahren wichtige Informationen zusammengestellt, darunter Funktionsprinzip, technische und wirtschaftliche Merkmale sowie Anwendungsbeispiele.

Danach finden Sie einen Vergleich zwischen den verschiedenen Verfahrenskategorien, der Ihnen helfen kann, die richtige Technologie für Ihre Anwendung zu finden.

Technologiefokus

Fokus auf die ausgereiftesten Polymertechnologien

In der AMPOWER Academy konzentrieren wir uns auf folgende Technologien:

Karte der Polymertechnologie

Überblick über Polymertechnologien und Maschinen-OEMs

Landschaft der Polymer-AM-Technologie

Die obige Grafik gibt einen Überblick über die aktuelle Landschaft der Polymer-AM-Technologie und Maschinenhersteller.

As of October 2024, 17 different working principles are known with 334 OEMs supplying machines. The map shows that out of 17 sub processes, 9 work with a liquid feedstock. VAT Polymerization Und Filamentextrusion sind hinsichtlich der Anzahl der Anbieter die beiden führenden Technologien.

de_DEGerman
Sinterbasierte AM-Technologien und Prozesskette

Sinterbasierte AM – ein Technologieüberblick

Viele verschiedene Drucktechnologien – ein Sinterprozess

Die sinterbasierten AM-Technologien (SBAM) haben, wie der Name schon sagt, den Sinterprozess gemeinsam. Dabei wird der bedruckte Grünling zu einem dichten Teil verfestigt und erhält seine endgültigen Eigenschaften. Der Grünling kann mit verschiedenen Technologien vorab gedruckt werden. Allen gemeinsam ist, dass Metallpulver durch ein Bindemittel in die gewünschte Form gebunden wird. Zu den bekanntesten Drucktechnologien gehören Binder Jetting und Filament Material Extrusion.

In diesem Abschnitt erfahren Sie alles über die sinterbasierte AM  Prozesskette und erhalten Sie einen Überblick über die verschiedenen Drucktechnologien.

Ziel und Aufbau dieses Kurses

Dieser Kurs richtet sich an Ingenieure, Designer und andere Fachleute, die eng mit sinterbasierten AM-Technologien arbeiten. Ziel ist es, die wichtigsten Aspekte abzudecken, die es Ingenieuren und Designern ermöglichen, die Möglichkeiten und technischen Grenzen der Drucktechnologien und des Sinterprozesses vollständig zu erfassen, um bei der Technologieauswahl und dem Teiledesign erfolgreich zu sein. Neben dem Durchlaufen des Kurses von Anfang bis Ende kann dieser Kurs auch als... dienen ständige Wissensquelle während der Arbeit an AM-Projekten. 

Der Kurs gliedert sich in die folgenden Abschnitten.

Dieser Abschnitt beginnt mit einem Überblick über die Sinterbasierte AM-Prozesskette und sein Drucktechnologien, gefolgt von einem Tief in die Technologie eintauchen in die wichtigsten Aspekte der BJT-Technologie ein, gefolgt von einem genaueren Blick auf die Entbindern und Sintern Schritt auch inklusive Sintersimulation.

Der zweite Abschnitt gibt einen Überblick über die verschiedenen Materialien die verfügbar sind sowie Teileeigenschaften die mit dem BJT-Prozess und typischen Methoden dafür erreicht werden können Qualitätskontrolle. Schließlich noch einige Gemeinsamkeiten Mängel im BJT-Prozess werden vorgestellt. 

Der letzte Abschnitt fungiert als Leitfaden für Designer. Neben einer allgemeinen Beschreibung des Prozesses beim Design für die additive Fertigung werden umsetzbare Einschränkungen und Richtlinien für den BJT-Prozess bereitgestellt. Im letzten Abschnitt werden mehrere davon vorgestellt Designbeispiele aus unterschiedlichen Branchen. 

Was Sie in diesem Abschnitt finden

Sinterbasierte AM-Prozesskette

Vom digitalen Modell bis zum fertigen Teil

Datenaufbereitung

Simulation zur Kompensation der Verformung während des Sinterschritts, Verschachtelung von Teilen und Definition von Druckparametern

Drucken

Durch verschiedene Druckverfahren werden unterschiedliche Ausgangsstoffe wie Metallpulver, Filamente, Pellets oder Dispersionen zu Grünteilen verarbeitet

Auspacken

Das Auspacken zerbrechlicher Grünteile muss sorgfältig erfolgen und ist in der Regel ein manueller Vorgang.

Entbinderung

Beim Entbindern wird das Bindemittel entfernt, wodurch ein brauner Teil entsteht

Sintern

Um die strukturelle Integrität eines Metallteils zu erreichen, ist ein Sinterprozess erforderlich. Die Pulverpartikel verschmelzen zu einer kohärenten, festen Struktur durch einen Massentransport, der auf atomarer Ebene erfolgt und durch Diffusionskräfte angetrieben wird.

Der braune Teil schrumpft um ca. 13-21 % in jede Richtung.

Die Prozesskette sinterbasierter Technologien unterscheidet sich von anderen AM-Technologien. Besonders die Nachdruckprozesse (Entbindern und Sintern) sind entscheidend, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Technologieprinzip

Wie funktioniert Binder Jetting?

Binder Jetting ist eine pulverbasierte additive Fertigungstechnologie, bei der ein flüssiger Polymerbinder selektiv auf das Pulverbett aufgetragen wird, die Metallpartikel bindet und einen Grünkörper bildet.

Das Metallpulver wird in einer typischen Schichtdicke von 40 µm bis 100 µm auf eine Bauplattform aufgetragen. Anschließend trägt ein modifizierter 2D-Druckkopf einen Binder punktuell auf das Pulverbett auf. Je nach Maschinentechnik erfolgt parallel für jede Schicht und/oder am Ende des gesamten Aufbaus ein Aushärte- bzw. Aushärtungsprozess des Bindemittels. Während des In-situ-Härtungsprozesses wird eine Wärmequelle verwendet, um das Bindemittel zu verfestigen und einen festen Polymer-Metallpulver-Verbund zu bilden.

Funktionsprinzip des Binder Jetting

Anschließend fährt die Bauplattform um eine Schichtdicke nach unten und es wird eine neue Pulverschicht aufgetragen. Auch hier wird das flüssige Bindemittel in den erforderlichen Bereichen der nächsten Schicht abgelagert und ausgehärtet, um den Grünkörper zu bilden. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das komplette Teil gedruckt ist. Nach Abschluss des gesamten Druckvorgangs müssen die Teile aus dem „Pulverkuchen“, also dem umgebenden losen, aber verdichteten Pulver, entfernt werden. Um das überschüssige Pulver besser vom Grünkörper zu entfernen, werden häufig Bürsten oder eine Strahlpistole mit Luftdruck eingesetzt.

Um ein dichtes Metallteil zu erzeugen, muss der gedruckte Grünkörper in einem Entbinderungs- und Sinterprozess nachbearbeitet werden. Ähnlich wie beim Metallspritzgussverfahren werden BJT-Teile in einen Hochtemperaturofen gegeben, wo das Bindemittel ausgebrannt und die verbleibenden Metallpartikel zusammengesintert werden. Das Sintern führt zu einer Verdichtung des 3D-gedruckten Grünkörpers zu einem Metallteil mit hohen Dichten von 97 % bis 99,5%, abhängig vom Material.

Drucktechnologien

Metallbinderspritzen

Binder Jetting ist eine pulverbasierte additive Fertigungstechnologie, bei der ein flüssiger Polymerbinder selektiv auf das Pulverbett aufgetragen wird, die Metallpartikel bindet und einen Grünkörper bildet.

Das Metallpulver wird in einer typischen Schichtdicke von 40 µm bis 100 µm auf eine Bauplattform aufgetragen. Anschließend trägt ein modifizierter 2D-Druckkopf einen Binder punktuell auf das Pulverbett auf. Je nach Maschinentechnik erfolgt parallel für jede Schicht und/oder am Ende des gesamten Aufbaus ein Aushärte- bzw. Aushärtungsprozess des Bindemittels. Während des In-situ-Härtungsprozesses wird eine Wärmequelle verwendet, um das Bindemittel zu verfestigen und einen festen Polymer-Metallpulver-Verbund zu bilden.

Funktionsprinzip des Binder Jetting

Material Extrusion

Binder Jetting ist eine pulverbasierte additive Fertigungstechnologie, bei der ein flüssiger Polymerbinder selektiv auf das Pulverbett aufgetragen wird, die Metallpartikel bindet und einen Grünkörper bildet.

Das Metallpulver wird in einer typischen Schichtdicke von 40 µm bis 100 µm auf eine Bauplattform aufgetragen. Anschließend trägt ein modifizierter 2D-Druckkopf einen Binder punktuell auf das Pulverbett auf. Je nach Maschinentechnik erfolgt parallel für jede Schicht und/oder am Ende des gesamten Aufbaus ein Aushärte- bzw. Aushärtungsprozess des Bindemittels. Während des In-situ-Härtungsprozesses wird eine Wärmequelle verwendet, um das Bindemittel zu verfestigen und einen festen Polymer-Metallpulver-Verbund zu bilden.

Funktionsprinzip des Binder Jetting

Formschlammabscheidung

Binder Jetting ist eine pulverbasierte additive Fertigungstechnologie, bei der ein flüssiger Polymerbinder selektiv auf das Pulverbett aufgetragen wird, die Metallpartikel bindet und einen Grünkörper bildet.

Das Metallpulver wird in einer typischen Schichtdicke von 40 µm bis 100 µm auf eine Bauplattform aufgetragen. Anschließend trägt ein modifizierter 2D-Druckkopf einen Binder punktuell auf das Pulverbett auf. Je nach Maschinentechnik erfolgt parallel für jede Schicht und/oder am Ende des gesamten Aufbaus ein Aushärte- bzw. Aushärtungsprozess des Bindemittels. Während des In-situ-Härtungsprozesses wird eine Wärmequelle verwendet, um das Bindemittel zu verfestigen und einen festen Polymer-Metallpulver-Verbund zu bilden.

Funktionsprinzip des Binder Jetting

Metallselektives Lasersintern

Binder Jetting ist eine pulverbasierte additive Fertigungstechnologie, bei der ein flüssiger Polymerbinder selektiv auf das Pulverbett aufgetragen wird, die Metallpartikel bindet und einen Grünkörper bildet.

Das Metallpulver wird in einer typischen Schichtdicke von 40 µm bis 100 µm auf eine Bauplattform aufgetragen. Anschließend trägt ein modifizierter 2D-Druckkopf einen Binder punktuell auf das Pulverbett auf. Je nach Maschinentechnik erfolgt parallel für jede Schicht und/oder am Ende des gesamten Aufbaus ein Aushärte- bzw. Aushärtungsprozess des Bindemittels. Während des In-situ-Härtungsprozesses wird eine Wärmequelle verwendet, um das Bindemittel zu verfestigen und einen festen Polymer-Metallpulver-Verbund zu bilden.

Funktionsprinzip des Binder Jetting