Der Einsatz der MIM-Technologie hat in den letzten Jahrzehnten ein exponentielles Wachstum erfahren und sich als wichtigste Technologie in den Herstellungsprozessen von Metallteilen etabliert. In FDM und Binder Jetting lassen sich jedoch Ergänzungen zu dieser Technologie finden, so dass sie nicht ausschließlich als konkurrierende Verfahren betrachtet werden sollten.

MIM (Metall-Spritzgießen)

Die MIM-Technologie (Metal Injection Moulding) ist eine Technologie zur Herstellung von Metallteilen, die die Pulvermetallurgie mit der Kunststoff-Spritzgusstechnik kombiniert. Das verwendete Rohmaterial ist eine Mischung aus Metallpulver und Polymeren, die als Ausgangsmaterial bezeichnet wird. Dieses Material wird mit Hilfe einer Spritzgussmaschine, ähnlich wie beim Kunststoffspritzguss, in eine Form mit der gewünschten Geometrie eingebracht. Auf diese Weise entsteht der so genannte Grünling, der einem chemisch-thermischen Prozess, der so genannten Entbanderolierung, unterzogen wird, dessen Ziel es ist, das Bindemittel aus dem Grünling zu extrahieren und so den Braunling zu erhalten. Anschließend wird das Teil dem Sinterprozess unterzogen, so dass sich die Partikel zu einem hochdichten Metallteil mit engen Maßtoleranzen verbinden. Die MIM-Technologie eignet sich für die Herstellung von Teilen mit komplexer Geometrie und kleiner bis mittlerer Größe, und es steht eine Vielzahl von Materialien zur Verfügung, z. B. rostfreie Stähle, niedrig legierte Stähle, weichmagnetische Stähle, Werkzeugstahl, Keramik usw.

FDM-Druck

Die FDM-Drucktechnologie (Fused Deposition Modeling), auch bekannt als ME (Material Extrusion) oder FFF (Fused Filament Fabrication), ist ein Verfahren, bei dem Teile schichtweise hergestellt werden, indem extrudiertes Material (Metallpulver + Polymere) durch eine Düse aufgetragen wird, ähnlich wie bei Kunststoff-Filamentdruckern. Bei dieser Technologie können Filamente, Pellets oder Stäbe als Rohmaterial verwendet werden. Nach dem Druck des Rohteils sind, wie bei der MIM-Technologie, Entbündelungs- und Sinterungsprozesse erforderlich, um das endgültige Metallteil zu erhalten.

Was ist Binder Jetting?

Das Herstellungsverfahren der Binder Jetting Technologie basiert auf der Abscheidung einer Metallpulverschicht auf einer Druckplattform und der Agglomeration durch Abscheidung von polymerem Material durch eine Düse. Anschließend sind für jede gedruckte Schicht Polymerhärtungsprozesse und nach Abschluss des Druckvorgangs das so genannte Entpudern erforderlich, um das restliche Pulver zu entfernen und Grünteile zu erhalten. Schließlich sind Entbündelungs- und Sinterungsprozesse erforderlich, um die Metallteile zu erhalten. Der Entbinderungsprozess bei Teilen, die mit Binder Jetting gedruckt werden, ist weniger kritisch als üblich, da die Menge an Binder, die sich an den Schichtübergängen ablagert, minimal ist. Dies führt dazu, dass sich das Bindemittel leicht vom Grünteil entfernen lässt, macht die gedruckten Grünteile aber gleichzeitig zerbrechlich und schwierig zu handhaben.

Vergleich der Eigenschaften von Binder Jetting, FDM und MIM

Vergleichende Merkmale zwischen Binder Jetting, FDM und MIMaTrotz der Tatsache, dass in vielen Artikeln vergleichende Diagramme von Technologien zu finden sind, in denen wir Überschneidungen zwischen der MIM-Technologie und einigen Drucktechnologien, insbesondere Binder Jetting, sehen, ist die Realität, dass Additive Manufacturing und MIM heute keine konkurrierenden Technologien sind, sondern sich gegenseitig ergänzen. Im Folgenden werden einige grundlegende Unterschiede zwischen den beiden Technologien erläutert.

FDM, Binder Jetting und MIM-Herstellungsgeschwindigkeit

Obwohl die Entwicklung von Teilen bei der Additiven Fertigung im Vergleich zur MIM wesentlich schneller verläuft, was vor allem auf die Herstellung von Formen zurückzuführen ist, erfolgt die Herstellung von Teilen nach der Formgebung bei der MIM-Technologie schneller als bei der Drucktechnik.

Diferencias en la porosidad y microestructura

Insbesondere bei mit FDM hergestellten Teilen können große Porositäten auftreten, die mit Druckfehlern verbunden sind. Dies kann zu einer geringeren Dichte der Metallteile führen als bei der MIM-Technik. Darüber hinaus kann die Beschaffenheit des bei der Herstellung verwendeten Metallpulvers zu falschen Mikrostrukturen führen, die durch eine anschließende Wärmebehandlung verbessert werden müssen.

Portfolio von Materialien

Die MIM-Technologie ist vielseitiger, was die für die Herstellung von Metallteilen verfügbaren Materialien betrifft. Es ist zu bedenken, dass sich die Technologien der additiven Fertigung noch in der Entwicklung befinden und ihr Materialportfolio mit zunehmender Reife der Technologie wahrscheinlich wachsen wird. Gegenwärtig ist die Palette der für die Drucktechnik verfügbaren Werkstoffe auf nichtrostende Stähle, einige Werkzeugstähle und wenige andere Materialien beschränkt.

Oberflächengüte

Erhöhte Rauheit bei additiven Fertigungsverfahren. Notwendige sekundäre Veredelungsverfahren, um mit MIM konkurrieren zu können. Bei Ecrimesa Group garantieren wir eine gesinterte Rauheit zwischen 0,8 und 1,6 Ra.

Design

Möglichkeit der Herstellung komplexerer Teile (Hohlkörper, bionische Geometrien, Gegenflansche usw.) und größerer Teile in additiven Fertigungstechnologien.

MIM- und Additive Manufacturing-Technologien funktionieren in unterschiedlichen Marktsektoren

Obwohl sich die Technologie der additiven Fertigung ständig weiterentwickelt und es verschiedene Varianten gibt, scheint sich diese Fertigungstechnologie vor allem in den Bereichen Medizin, Industrie und Luftfahrt durchzusetzen.

Ergebnisse der vergleichenden Studie über die mechanischen Eigenschaften von 17-4PH

Die Ergebnisse einer vergleichenden Untersuchung der mechanischen Eigenschaften (Zugversuch) von gesinterten 17-4PH-Proben werden gezeigt. Zugproben werden gemäß ISO 2740 Sintermetallwerkstoffe (außer Hartmetall) nach den in der folgenden Tabelle beschriebenen verschiedenen Technologien und Druckern hergestellt.

Technik / Drucker	Dichte (g/cc)	Härte (HV10)	Höchstzugkraft Rm (MPa)	Widerstand gegen die Abtretung Rp0,2  (MPa)	Verlängerung  A (%)
Metall-Spritzguss	7,63	296	951	839	5,1
FDM Konventioneller 3D-Drucker	7,53	271	811	749	6,4
FDM Desktop Metal	7,57	274	852	806	3,2
Binder Jetting	7,57	260	870	777	6,7
ISO 22068  MIM-174PH Gesintert	7,50	280	800	650	3

Alle erzielten mechanischen Eigenschaften liegen innerhalb der ISO 22068 „Sintered metal injection molded materials specifications“ für gesinterten 17-4PH-Stahl, wobei die MIM-Technologie die besten mechanischen Eigenschaften aufweist.

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