Metallischer 3D-Druck mittels Fused Filament Fabrication

Das Schmelzschichtverfahren (Fused Filament Fabrication, FFF) findet sowohl im industriellen als auch im privaten Einsatz seine Anwendung. Gründe hierfür sind die einfache Handhabung, die breite Materialauswahl, eine kostengünstige Anlagentechnik und die unkomplizierte Wartung. Die Erweiterung auf Metalle verspricht die sehr flexible Produktion von Einzelteilen bis hin zu Kleinserien.

Leistungsspektrum und Aktuelle Tätigkeiten#

Filament
© Fraunhofer IFAM Dresden
Filament
  • Entwicklung neuer sinterfähiger Filamentmaterialien für Ihre Anwendung (auf Basis aller sinterfähigen Reinmetalle oder Metalllegierungen)
  • Filamentprüfung (Durchmesserschwankungen entlang der gesamten Filamentrolle, Inhomogenitäten, mechanische Eigenschaften, Viskosität)
  • Entwicklung des Verarbeitungsprozesses im 3D-Druck
  • Entwicklung der geometrie- und materialabhängigen Entbinderungs- und Sinterprozesse inkl. in-situ Gasphasenanalyse
  • Machbarkeitsstudien, Vergleichsstudien und Prozessoptimierung nach Kundenwunsch
  • Begleitung bei Bauteildesign, Designanpassung und Bauteilauswahl aus Kundenportfolio
  • Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der gesamten Prozesskette im jeweiligen Anwendungsfall
  • Anwenderspezifische objektive Beratung unter Berücksichtigung aktueller AM- und PM-Technologien (Binder Jetting, 3D-Siebdruck, MoldJet, FFF, MIM, 3D-Gelcasting, LBM, EBM, LMM, Cold Metal Fusion)

Prozessbeschreibung#

Bei dem metallischen Fused Filament Fabrication - Prozess (FFF) wird das zu verarbeitende Material als Filament (= Draht) mit einem typischen Durchmesser von 1,75 mm oder 2,85 mm auf Rollen vorgehalten. Das Filament besteht dabei aus Metallpulver und einer Kunststoffmischung, die bei 150 °C – 200 °C schmilzt. Das Filament wird während des Prozesses einer heißen Düse im sog. Druckkopf zugeführt. Dort wird es aufgeschmolzen und aus der Düsenöffnung (0,25 mm – 1 mm) gedrückt. Das extrudierte Filamentmaterial wird entsprechend der Zielgeometrie in Bahnen abgelegt. Nachdem eine Ebene vollständig gedruckt wurde, kann die Bauplattform abgesenkt und die nächste Lage appliziert werden. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Bauteil fertig ist. Die Drucker verfügen über 1, 2 oder bis zu 4 Düsen und können demnach bis zu 4 verschiedene Materialien parallel verdrucken (z. B. Bauteilwerkstoff, Trennschicht, lösliches Stützmaterial).

Bei dem Druckteil handelt es sich um ein sogenanntes Grünteil, bestehend aus dem Metallpulver und der Kunststoffmischung. In einem weiteren Bearbeitungsschritt, der Entbinderung, wird ein Teil des Kunststoffes aus dem Bauteil herausgelöst. Danach erfolgt ein Wärmebehandlungsschritt, bei dem das restliche Kunststoffmaterial ausgebrannt und das Bauteil auf 95 - 99 % verdichtet wird.

 

Auf einen Blick#

  • Alle sinterfähigen Werkstoffe denkbar: Reinmetalle (z. B. Kupfer, Eisen, Titan, Molybdän, Wolfram, …) und Metalllegierungen (z. B. Edelstahl, Werkzeugstahl, Hochtemperaturlegierungen, Nickelbasislegierungen, Titanlegierungen, Kupferbasis-Materialien, …)
  • Strukturauflösung: 0,5 mm x-y-Druckebene, 0,05 mm z-Druckrichtung, Druckgenauigkeit geometrieabhängig
  • Kostengünstige Anlagentechnik und einfache Wartung -> einfacher Einstieg in die AM-Fertigung
  • Kein Handling mit losem Pulver
  • Keine Kontaminationsgefahr bei Materialwechsel
  • Typische Grünteil-Bauraten von 5 – 12 cm³/h je 1000 € Druckertechnik
  • Hochindividuelle, parallele Produktion mittels Druckerflotte von 2 - 1000+ Druckern
  • Geschlossene Hohlräume und innenliegende Kanäle möglich (ohne Pulverreste im Inneren)
  • Je nach Drucker: Multimaterialdruck mit bis zu 4 Werkstoffen möglich
  • Nahezu 100 % Materialausnutzung
  • Mechanische Bearbeitung im Grünzustand möglich (z. B. Oberflächenbehandlung und spanende CNC-Bearbeitung)

Für Informationen rund um das FFF-Verfahren oder Diskussionen zu gemeinsamen Projektthemen sprechen Sie uns gern an. Wir freuen uns auf eine gemeinsame Zusammenarbeit!