Formgebung

Das Fraunhofer IFAM verfügt über Expertise in einer großen Bandbreite an Formgebungsverfahren, die eine Funktionsintegration ermöglichen. So haben Verfahren für formlose Materialien wie Pulver und Schmelze den entscheidenden Vorteil, dass in jedem einzelnen Fertigungsschritt entlang der Prozesskette gleichzeitig eine Integration von zusätzlichen Funktionen in das Endprodukt berücksichtigt und implementiert werden kann. Der Einsatz von additiven Fertigungstechnologien, bei denen Bauteile werkzeuglos aus pulverförmigen Materialien in nahezu beliebigen und sehr komplexen Formen direkt aus CAD-Dateien entstehen, ermöglicht die Fertigung sowohl von Prototypen als auch von hochgradig individualisierten Produkten. Mithilfe des Functional Printing können Bauteile auch nachträglich funktionalisiert werden.

Auch in der Gießereitechnik steht die Entwicklung funktionsintegrierter Gussteile im Vordergrund der Arbeit. Bereits bei der gießtechnischen Herstellung werden z. B. metallische oder polymere Strukturen als Verbundstruktur direkt in das Gussbauteil integriert oder Fasern, wie z. B. Kohlenstoff, Keramik- oder Glasfasern im Metall eingebettet, die gezielt Eigenschaften wie Zugfestigkeit oder Steifigkeit verändern. Eingegossene Sensorstrukturen oder RFID-Transponder ermöglichen Belastungsmessungen direkt im Bauteil oder die eindeutige Kennzeichnung und Rückverfolgung von Gussbauteilen und bieten einen besonders intelligenten Plagiatschutz.

Aktuelles fertigungstechnisches und materialwissenschaftliches Know-how und langjährige Erfahrung bilden am Fraunhofer IFAM die Grundlage für die Arbeit der Kernkompetenz Formgebung und Funktionalisierung. Im Folgenden stellen wir Ihnen einige der Formgebungsverfahren, die am Institut zur Verfügung stehen, vor.

• Pulvermetallurgie: Presstechnik, Entbindern und Sintern
• Metallpulverspritzguss (MIM)
• Additive Fertigung
• Drucktechnologien
• Extrusion
• Gießereitechnologie

Pulvermetallurgie: Presstechnik, Entbindern und Sintern

Pulvermetallurgische Technologien bieten einzigartige Möglichkeiten für die Entwicklung von Sinter- und Verbundwerkstoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften und Eigenschaftskombinationen. Ausgangspunkt für pulvertechnologische Lösungen ist immer das verwendete Material. Durch das Mischen von Pulvern lassen sich Werkstoffe mit den erforderlichen Eigenschaftsprofilen herstellen. So lassen sich z. B. Eigenschaften wie Härte, Zähigkeit, E-Modul, Verschleiß und Wärmedehnung an die Erfordernisse anpassen.

Metallpulverspritzguss (MIM)

Der Metallpulverspritzguss verbindet die Formgebungsmöglichkeiten des Kunststoffspritzgießens mit der Werkstoffauswahl und den Werkstoffeigenschaften der Pulvermetallurgie. Das Verfahren ermöglicht die Verarbeitung einer breiten Werkstoffpalette und die Produktion einer hohen geometrischen Bauteilkomplexität bei gleichzeitig großer Stückzahl. Beim MIM-Verfahren wird Metallpulver durch Zusatz von thermoplastischen Kunststoffen und Wachsen fließfähig gemacht und in einem Spritzgussprozess abgeformt. Danach wird der Kunststoffanteil wieder entfernt und das Bauteil dichtgesintert.

Additive Fertigung: Von den CAD-Daten direkt zum Bauteil

Durch den Einsatz additiver Verfahren können Bauteile aus Pulvern in nahezu beliebigen und sehr komplexen Formen aus 3D-CAD Daten entstehen. Dabei erhalten die gefertigten Bauteile ihre Endeigenschaften direkt im Prozess. Allen marktgängigen Verfahrensvarianten gemeinsam ist dabei das Prinzip des werkzeuglosen, schichtweisen Aufbaus des Bauteils auf Basis des dreidimensionalen CAD-Modells. Anwendung finden diese Verfahren insbesondere bei der Umsetzung der schnellen Produktentwicklung in der Prototypen- und Kleinserienfertigung sowie im Bereich der sinterbasierten Verfahren zunehmend auch in der Serienfertigung geometrisch komplexer Bauteile.

Drucktechnologien

In der industriellen Fertigung besteht ein großer Bedarf an funktionalen Strukturen zur Optimierung der Bauteileigenschaften verschiedenster Komponenten. Zur gezielten Funktionalisierung können Strukturen mit Druckverfahren passgenau an den erforderlichen Bauteilstellen aufgebracht werden. Sensoren oder elektronische Komponenten können so in bestehende Produkte integriert werden und verleihen dem Bauteil zusätzliche oder ganz neue Eigenschaften.

Extrusion

Die Herstellung metallischer Halbzeuge durch Extrusion basiert, wie der Metallpulverspritzguss, auf der Verarbeitung einer fließfähigen Mischung von Metallpulver und Binderkomponenten. Mittels Extrusion lassen sich, wie beim Extrudieren von Kunststoffen, quasi endlose Voll- und Hohlprofile mit komplexer Querschnittsgeometrie herstellen. Unmittelbar nach der Formgebung durch das Extrusionswerkzeug werden die Halbzeuge im Grünzustand ggf. kalibriert, abgelängt und anschließend entbindert und gesintert. Für Machbarkeitsstudien zur Erzeugung kleinerer Geometrien bei gleichzeitiger Entwicklung optimaler Feedstock- und Prozessparameter stehen Einschnecken-Extruder mit einer Reihe verschiedenster Testwerkzeuge sowie Ablagevorrichtungen für den Extrudatstrang zur Verfügung.

Gießereitechnologie

Das Fraunhofer IFAM begleitet industrielle Kunden bei der gießtechnischen Umsetzung einer Idee vom ersten Prototyp bis zum anwendbaren Produkt. Dafür besitzt das Institut umfangreiche Anlagentechnik für Druckguss, Niederdruckguss und Feinguss. Hier werden Aluminium, Magnesium, Zink, Kupfer, Stahl und kundenindividuelle Sonderlegierungen verarbeitet. Forschungsschwerpunkte liegen in der Entwicklung neuartiger Kern- und Formwerkstoffe (z.B. Salz oder Keramiken) sowie der Erschließung gießtechnischer Anwendungen im Bereich alternativer Antriebe mit dem Ziel den Kunden ein breiteres Anwendungsspektrum für ihre Produkte und Technologien zu ermöglichen. Ein weiterer Schwerpunkt bildet der Hybridguss, der Gussbauteilen mit integrierten Strukturen zur Anbindung an andersartige Materialien wie Faserverbund oder Blech- und Profilstrukturen ermöglicht. Durch die Kombination mit der Simulation können parallel zur Entwicklung der Technologien direkt Simulationsmodelle und Grenzflächenmodellierungen aufgebaut werden. Weitere Entwicklungen betreffen die direkte Integration von Sensorstrukturen in Gussbauteile sowie anforderungsspezifische Lösungen für eine individuelle und sichere Bauteilkennzeichnung.