Fused Deposition Modeling with metal powder filled filaments

Die Verarbeitung von mit Metallpulver gefüllten Polymerfilamenten im Fused Deposition Modeling (FDM) stellt eine vergleichsweise neue Technologie für die Herstellung von Metallbauteilen dar. Diese Technologie ermöglicht die pulverfreie Handhabung des Grundmaterials und die Verarbeitung auf kostengünstigen FDM-Anlagen. Ziel der Forschung in Zusammenarbeit mit dem DMRC-Industriekonsortium ist es, ein besseres Verständnis der Technologie über die gesamte Prozesskette zu erreichen. Neben der allgemeinen Bewertung der resultierenden Bauteileigenschaften steht auch die Entwicklung von Anwenderrichtlinien im Fokus. Diese sollen dazu dienen, die Iterationsschritte von den ersten Schritten mit dem Filament bis hin zu einem hochwertigen Metallbauteil zu reduzieren. Dazu werden sowohl Prüfkörper als auch Methoden entwickelt, um die Einflussgrößen auf den Herstellungsprozess aufzuzeigen und zu bewerten.

Als Grundlage für die Festlegung von Verarbeitungsrichtlinien müssen zunächst die Prozessparameter und insbesondere der volumetrische Polymeraustrag kontrolliert werden. Dazu werden sowohl die Bereiche der stationären als auch der instationären Strangabscheidung betrachtet. Damit können die technologiespezifischen Auslegungs- und Verarbeitungsgrenzen untersucht werden. Zu diesen Grenzen gehören der minimal herstellbare Überhangwinkel, der maximal herstellbare Lochdurchmesser und die minimal herstellbare Wandstärke. Um die spezifischen Designgrenzen zu demonstrieren, werden alle Geometrien ohne den Einsatz eines geeigneten Trägermaterials hergestellt. Die Ergebnisse werden sowohl nach der FDM-Fertigung als auch nach dem Entbinderungs- und Sinterungsprozess ausgewertet. Wichtige Variablen sind die Bewertung des Verzugs oder der Verwerfung und der in den Bauteilen auftretenden Materialfehler.

Die gezielte Optimierung der Prozessparameter sowie die Entwicklung des Anwenderleitfadens führen zu einem besseren Verständnis der Verarbeitung von metallpulvergefüllten Polymerfilamenten im FDM. Daraus resultiert eine anwenderorientierte Unterstützung bei der Realisierung gewünschter Metallteilgeometrien.