Der Werkstoffspezialist Schunk Sintermetalltechnik aus Thale, unter anderem Anbieter von Serienfertigungen im Bereich Metallpulverpressen und -spritzgießen, erweiterte seine Expertise am Standort Thale nun als Dienstleister im 3D-Metalldruck. Die Erweiterung der Metallspritzgießprozesskette im Bereich Additive Manufacturing macht Sinn in Bezug auf zukünftige Anwendungen mit bionischen Konstruktionen und Optimierung der Topologie. Bauteilcharakteristika und Wirtschaftlichkeit erfordern im 3D-Metalldruck unterschiedliche Verfahrenstechnologien bzw. Fertigungsstrategien. So erweiterte Schunk im Jahre 2020 seine Kompetenz mit dem CEM-Verfahren (Composite Extrusion Modeling) durch eine Multimaterial-3D-Druckanlage ExAM 255 von AIM3D. Die ersten Ergebnisse dieser Entwicklungspartnerschaft liegen nun vor, wie uns Christian Stertz, Projektleiter Anlagentechnik bei Schunk erläutert.
Entwicklungspartnerschaft von Schunk und AIM3D
Das Ziel der Kooperation zwischen Schunk und AIM3D umfasst drei strategische Ansätze:
1. Materialentwicklungen (wie z.B. Kupferwerkstoffe und Nickelbasiswerkstoffe),
2. Weiterentwicklung der Anlagentechnik (z.B. Extruderkühlung oder Vakuumspanntisch) und
3. Marketing und Akquisition für Schunk als Lieferant für 3D-Metallteile ab Losgröße 1.
Schwerpunkte bilden Rapid Prototyping und Kleinserien, die für die konventionelle Sintertechnik eine zu geringe Stückzahl aufweisen. Einen Entwicklungsschwerpunkt bilden Kupfer-Bauteile im 3D-Druck. Die Ergebnisse im Drucken von Kupfer schildert Christian Stertz, Projektleiter Anlagentechnik bei Schunk.
3D-Metalldruck mit Kupfer
Die 3D-Bauteilentwicklung in Kupfer hat für Schunk eine strategische Dimension, da nur wenige Anbieter am Markt auftreten. Das leitfähige Material ist für bestimmte Bauteile der Elektroindustrie von Interesse. Das Spektrum der Branchen und Applikationen ist jedoch breit: So gibt es Applikationen mit Fokus auf Thermomanagement, vorrangig im Maschinen- und Anlagenbau. Und es gibt Applikationen mit Fokus auf verlustarmer Energieübertragung, wie E-Mobilität, Schweiß- und Härtetechnik, sowie in der Energieversorgung. Es gibt dabei Anwendungen in Reinkupfer, aber auch solche mit Kupferlegierungen. Mit der CEM-Technik der ExAM 255-Anlage von AIM3D, so Christian Stertz, bleiben die Vorteile von Wärme- oder elektrischer Leitfähigkeit auch im 3D-Druck erhalten. Er sieht darin ein Alleinstellungsmerkmal unter den additiven Fertigungsverfahren. Stertz schildert dabei bessere und höhere Leitfähigkeitswerte an der Oberfläche und im Inneren des Bauteils als bei anderen additiven Fertigungsverfahren. Auch bietet das CEM-Verfahren Vorteile beim Materialpreis und der Ressourcenschonung.
Projekte in Kupfer bei Schunk
Schunk entwickelte beispielweise Induktionshärter (Induktoren) für Zahnräder im Automobilbereich oder für Kettenräder von Kettensägen. Dabei geht es um Induktionshärten eines Bauteils durch partielles Oberflächenhärten für höchste mechanische Anforderungen. Die physikalischen Eigenschaften dieser Kupferbauteile: Dichte ca. 8,5 g/cm³ (rel. ca. 95-96%), bei einer Leitfähigkeit 75-80% (% IACS). Die Dichte erreicht damit Werte die vergleichbar zu MIM-Verfahren (Metallpulverspritzgießen) sind. Insbesondere die Dichte des Kupfers hat Auswirkungen auf die Leitfähigkeit, aber auch die mechanischen Eigenschaften, wie Härte oder Verschleißfestigkeit. Stertz betont die Vorzüge dieses AM-Verfahren gegenüber konventionellen Fertigungsstrategien. Die hohe Geometriefreiheit erlaubt innenliegende Kanäle oder Hinterschneidungen. Zudem bionische Strukturen zur Gewichts- und Materialeinsparung, die die Funktionalität erhöhen, gleichzeitig aber auch Kosteneinsparungen ermöglichen. Wie bei jedem AM-Verfahren ermöglicht CEM von AIM3D das Einsparen von Zerspanungs- und Werkzeugkosten als nicht-formgebundenes Verfahren. Allerdings gilt auch: Das CEM-Verfahren ist für sehr einfache Geometrien und für hohe Stückzahlen eher ungeeignet, da dort bekannte Serienprozesse wie MIM vorteiliger sind.
Markttrends im 3D-Metaldruck
Christian Stertz, Projektleiter Anlagentechnik bei Schunk sieht AM-Potentiale in sehr unterschiedlichen Marktsegmenten:
• Mobility mit Luft und Raumfahrt, Automotive, Bahn oder Schiffsbau, für Antriebteile bis hin zu Designbauteilen auch im Reengineering.
• Medizintechnik mit Prothesen und Instrumenten
• Maschinen- und Anlagenbau
• Werkzeugbau
• Sportgeräte
• Bauindustrie
• Schmuck
• Konsumgüter.
Christian Stertz: „Mit der Weiterentwicklung der Kundenanfragen hinsichtlich neuer Design- und Werkstoffmöglichkeiten, wie z.B. bionisches Design wird sich auch die 3D-Druck-Technologienpalette entwickeln. Es ist abzusehen, dass sich bestimmte Applikationen von bestimmten AM-Verfahren bevorzugt gut bearbeiten lassen. Auch Nischen werden entstehen und ein Wettbewerb zur Nischenverdrängung von „Technologieplatzhirschen“ wird die Technologieentwicklung weiter vorantreiben.“
Contributions
- Schunk ziet 3D printen als goede aanvulling op MIM-technologie – in: 3D Print Magazine (NL)
- Schunk als Entwicklungspartner von AIM3D – in: MO Magazin für Oberflächentechnik (D)
- Schunk y AIM3D colaboran en el desarrollo de impresión 3D de metal – in: Metalmecánica (ES)
- Copper and Ceramics 3D Printing Service Opens at Schunk Group – in: 3D Print.com (USA)
- Schunk and AIM3D to cooperate on copper 3D printing via CEM extrusion – in: 3D Printing Media Network (UK)
- Schunk Group as a development partner with AIM3D – in: AM Chronicle (India)
- Schunk and AIM3D enter into a multi-purpose partnership – the key focus being 3D metal printing with copper – in 3D Adept Media (B)
- German Manufacturer expands into Copper AM via AIM3D Printer – in: 3D Metal Printing Magazine (USA)
- Schunk group partners with AIM3D to develop AM materials and technologies – in: 3PrintR.com
- 3D copper component development at Schunk – in: Design World (USA)
- 3D-Metalldruck: Entwicklungspartnerschaft mit Schwerpunkt Kupfer – in: AutoCAD Magazin (D)
- Composite Extrusion Modeling (CEM): AIM3D und Schunk kooperieren beim 3D-Druck mit Kupfer – in: Industry of Things (D)
- Schunk als Entwicklungspartner von AIM3D – in: WIP Wissens- und Innovationsnetzwerk Polymertechnik (D)