ColdMetalFusion von Headmade: Wirtschaftliche Metallteile per 3D-Druck

Präzises Fräsen des Grünteils. (Bild: Headmade Materials)

In Schlüsselindustrien wie der Medizintechnik, der Energie-/Turbinentechnik oder der Verteidigung wächst der Bedarf an einer flexiblen Herstellung von komplexen Metallbauteilen aus Hochleistungslegierungen. Während unkalkulierbare Lieferzeiten und hohe Herstellungskosten traditioneller Verfahren viele Unternehmen vor Herausforderungen stellen, rückt zugleich das Thema Energieeffizienz – sowohl im Produktionsprozess als auch bei den Komponenten selbst – zunehmend in den Fokus. Mit ColdMetalFusion stellt Headmade Materials eine additive Fertigungstechnologie zur Verfügung, die in diesen Anwendungsfeldern neue Optionen aufzeigt.

ColdMetalFusion (CMF)-Prozesskette von Headmade Materials.

Vom Pulver zum präzisen Metallbauteil

ColdMetalFusion basiert auf einem eigens dafür entwickelten Feedstock-Pulver, bestehend aus Metallpulver und einem polymeren Binder. Die verwendeten Materialien reichen von Edelstahl (316L, 17-4PH) und Werkzeugstahl (M2) über Titan (Ti6Al4V) bis hin zu Nickel-Basis-Legierungen. Auch kundenspezifische Materialien sind möglich.

Mithilfe des Selektiven Lasersinterns entsteht aus dem Feedstock-Pulver bei moderaten Prozesstemperaturen ein Grünteil, das durch seine mechanischen Eigenschaften nicht nur stabil, sondern auch gut bearbeitbar ist. Nach der Bearbeitung wird das Grünteil in Lösemittel entbindert und anschließend in einem Ofen gesintert. Der Kunststoffanteil verbrennt rückstandslos, übrig bleibt ein vollwertiges und dichtes Metallbauteil mit Eigenschaften vergleichbar zu konventionellen Verfahren wie Metal Injection Molding/Metallpulverspritzguss (MIM).

Probekörper mit AutoSmooth-Bearbeitung: bearbeitetes Grünteil (li.), Sinterteil (Mi.), gleitgeschliffenes Sinterteil (re.). (Bild: Rösler Oberflächentechnik GmbH)

Nachbearbeitung des Grünteils steigert Effizienz und Wirtschaftlichkeit

„Während solche Bearbeitungsschritte im finalen Metallbauteil häufig mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand verbunden sind, lassen sie sich im Grünteilstadium deutlich einfacher und wirtschaftlicher umsetzen“, erklärt Christian Fischer, Mitgründer und CEO von Headmade Materials. Die hohe Grünteilfestigkeit bildet dabei die Basis für eine präzise, effiziente und energiesparende Nachbearbeitung. Hierfür gibt es unterschiedliche Verfahren.

Die Oberseite wurde eben und der Schriftzug wurde in das Grünteil gefräst. (Bild: Headmade Materials)

AutoSmooth

Für Bauteile in Strömungsmaschinen ist die erreichbare Oberflächengüte, dargestellt durch ihren Mittenrauwert (Ra), ein entscheidender Faktor. Unbearbeitete CMF-Bauteile liegen zwischen einem Ra-Wert von 12 und 15 µm. Durch das mit AM Solutions entwickelte AutoSmooth-Verfahren können Ra-Werte von < 4 µm erzielt werden und das selbst bei komplexen Geometrien. Das automatisierte und präzise Strahlverfahren entfernt zudem Treppeneffekte zuverlässig.

Die Technologie wird bereits in der Pumpenindustrie eingesetzt, etwa für das wirtschaftliche Nachbearbeiten von Laufrädern mit innenliegenden, komplexen Geometrien. „Gerade bei solchen Strukturen zeigt sich, welchen Mehrwert die Kombination aus Grünteilnachbearbeitung und finaler Metallbearbeitung für funktionale Anwendungen bieten kann“, erklärt Christian Fischer.

Visuelle Darstellung des Treppenstufeneffektes. (Bild: Headmade Materials)

Grünteilfräsen

Für besonders anspruchsvolle Funktionsflächen lässt sich die Oberflächengüte zusätzlich durch spanende Verfahren wie Fräsen, Drehen und Schleifen weiter verbessern. In vielen Fällen ist nach dem Sintern keine zusätzliche Nachbearbeitung am Metallbauteil erforderlich, betont Christian Fischer. „Besonders in der Werkzeug- und Turbinenindustrie, wo hochpräzise und glatte Oberflächen sowie schwer zu zerspanende Materialien gefragt sind, lassen sich durch Fräsen im Grünteilstadium erhebliche Kostensenkungen erzielen.“

Skalierbar und industrienah – dank Partnerschaften

Headmade Materials hat durch die Entwicklung der ColdMetalFusion-Technologie ein Fertigungsverfahren entwickelt, welches gängige Maschinentechnik und Know-how aus anderen Industrien nutzt. AutoSmooth wurde zum Beispiel gemeinsam mit AM Solutions (Rösler Gruppe) und Neue Materialien Bayreuth entwickelt. AM Solutions ist Spezialist für industrielle Postprocessing-Lösungen insbesondere bei 3D-Druck-Verfahren. Neue Materialien Bayreuth GmbH besitzt Expertise hinsichtlich innovativer Werkstoff- und Verfahrensentwicklung für die industrielle Praxis. Auch im Bereich der 3D-Drucker, Entbinder- und Sinterlösungen und weiteren Verfahren bestehen bereits Partnerschaften.

Wegweisende Technologie zur additiven Serienfertigung von Metallbauteilen

Die Vorverlagerung der Nachbearbeitung vom gesinterten Metallbauteil ins Grünteilstadium spart Zeit, Energie und Kosten. Besonders bei Bauteilen aus schwer zu verarbeitenden Materialien wie Titan und diversen korrosionsbeständigen Nickelbasislegierungen zeigen sich die Vorteile. Die hohe Grünteilfestigkeit ermöglicht die Umsetzung feinster Details und macht ColdMetalFusion zu einer wirtschaftlichen Lösung für die industrielle Serienfertigung.

Damit positioniert sich ColdMetalFusion laut Headmade Materials als zukunftsweisende Technologie für Branchen mit hohem Serienteilebedarf, etwa in der Medizintechnik, Energie-/Turbinentechnik, Pumpenbau, Vorrichtungsbau, Maschinenbaukomponenten und Verteidigung – ein echter Gamechanger für Präzision, Effizienz und Nachhaltigkeit in der industriellen Fertigung, davon ist Headmade Materials überzeugt.