Wir alle haben schon Sandburgen am Strand gebaut: mächtige Mauern, majestätische Türme, Gräben voller Haie. Wenn es dir so geht wie mir, wirst du überrascht sein, wie gut eine kleine Menge Wasser zusammenhält – zumindest bis dein großer Bruder auftaucht und in einem Anfall von Zerstörungsfreude dagegentritt.
Auch der Unternehmer Dan Gelbart verwendet Wasser zum Verbinden von Materialien, sein Design ist jedoch weitaus haltbarer als ein Strandspektakel am Wochenende.
Als Präsident und Gründer von Rapidia Tech Inc., einem Anbieter von 3D-Drucksystemen für Metall mit Sitz in Vancouver (British Columbia) und Libertyville (Illinois), hat Gelbart ein Verfahren zur Teileherstellung entwickelt, das die zeitaufwändigen Schritte konkurrierender Technologien überflüssig macht und gleichzeitig die Entfernung der Stützstrukturen erheblich vereinfacht. .
Außerdem ist das Zusammenfügen mehrerer Teile nicht schwieriger, als sie einfach in etwas Wasser einzuweichen und zusammenzukleben – selbst bei Teilen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt wurden.
Gelbart erläutert einige grundlegende Unterschiede zwischen seinen wasserbasierten Systemen und denen, die Metallpulver mit 20 bis 30 Volumenprozent Wachs und Polymer verwenden. Rapidia-Doppelkopf-Metall-3D-Drucker produzieren eine Paste aus Metallpulver, Wasser und einem Harzbindemittel in Mengen von 0,3 bis 0,4 Prozent.
Dadurch, erklärte er, entfällt der bei Konkurrenztechnologien erforderliche und oft mehrere Tage dauernde Entbinderungsprozess und das Teil kann direkt in den Sinterofen geschickt werden.
Die anderen Verfahren kommen hauptsächlich in der „langjährigen Spritzgussindustrie (MIM)“ zum Einsatz, die einen relativ hohen Polymeranteil für ungesinterte Teile benötigt, um sich leichter aus der Form lösen zu können“, so Gelbart. „Die zum Verkleben von Teilen für den 3D-Druck benötigte Polymermenge ist jedoch sehr gering – ein Zehntel Prozent reicht in den meisten Fällen aus.“
Warum also Wasser trinken? Wie in unserem Sandburgenbeispiel, das zur Herstellung von Paste (in diesem Fall Metallpaste) verwendet wurde, hält das Polymer die Teile beim Trocknen zusammen. Das Ergebnis ist ein Teil mit der Konsistenz und Härte von Straßenkreide, das robust genug ist, um die mechanische Bearbeitung nach der Montage, die schonende Bearbeitung (Gelbart empfiehlt jedoch die Bearbeitung nach dem Sintern), die Montage mit Wasser und anderen Rohteilen sowie den Ofeneinsatz zu überstehen.
Durch den Verzicht auf das Entfetten können zudem größere, dickwandigere Teile gedruckt werden, da bei der Verwendung von mit Polymer imprägnierten Metallpulvern ein „Ausbrennen“ des Polymers bei zu dicken Teilewänden nicht möglich ist.
Gelbart berichtete, dass ein Gerätehersteller Wandstärken von 6 mm oder weniger benötigte. „Nehmen wir an, Sie bauen ein Teil in der Größe einer Computermaus. In diesem Fall müsste der Innenraum entweder hohl oder mit einer Art Gitter versehen sein. Das ist für viele Anwendungen ideal, auch wenn geringes Gewicht das Ziel ist. Wenn jedoch physikalische Festigkeit erforderlich ist, wie bei einer Schraube oder einem anderen hochfesten Teil, sind Metallpulverspritzguss oder MIM in der Regel ungeeignet.“
Ein frisch gedrucktes Verteilerfoto zeigt die komplexen internen Komponenten, die ein Rapidia-Drucker produzieren kann.
Gelbart weist auf weitere Besonderheiten des Druckers hin: Die Kartuschen mit Metallpaste sind nachfüllbar, und wer sie zum Nachfüllen an Rapidia zurückgibt, erhält Punkte für das nicht verbrauchte Material.
Es stehen verschiedene Materialien zur Verfügung, darunter Edelstahl 316 und 17-4PH, INCONEL 625, Keramik und Zirkonoxid sowie Kupfer, Wolframkarbid und mehrere weitere in der Entwicklung befindliche Materialien. Stützmaterialien – die geheime Zutat vieler Metalldrucker – sind für den Druck von Substraten konzipiert, die manuell entfernt oder „verdampft“ werden können, wodurch ansonsten nicht reproduzierbare Innenräume entstehen.
Rapidia ist seit vier Jahren im Geschäft und steht zugegebenermaßen noch ganz am Anfang. „Das Unternehmen lässt sich Zeit, um die Dinge in Ordnung zu bringen“, sagte Gelbart.
Bisher haben er und sein Team fünf Systeme im Einsatz, darunter eines im Selkirk Technology Access Center (STAC) in British Columbia. Forscher Jason Taylor nutzt die Maschine seit Ende Januar und konnte viele Vorteile gegenüber mehreren bestehenden STAC-3D-Druckern feststellen.
Er wies darauf hin, dass die Möglichkeit, Rohteile vor dem Sintern mit Wasser zu verkleben, großes Potenzial birgt. Er kennt sich auch mit den Problemen des Entfettens aus, einschließlich der Verwendung und Entsorgung von Chemikalien. Obwohl Geheimhaltungsvereinbarungen Taylor daran hindern, Details seiner Arbeit dort preiszugeben, ist sein erstes Testprojekt etwas, woran viele von uns denken könnten: ein 3D-gedruckter Stock.
„Es ist perfekt geworden“, sagte er lächelnd. „Wir haben die Schlagfläche fertiggestellt, Löcher für den Schaft gebohrt und ich benutze sie jetzt. Wir sind beeindruckt von der Qualität der Arbeit mit dem neuen System. Wie bei allen Sinterteilen gibt es eine gewisse Schrumpfung und sogar leichte Fehlausrichtungen, aber die Maschine ist ausreichend. Wir können diese Probleme durch die Konstruktion konsequent kompensieren.“
Der Additive Report konzentriert sich auf den Einsatz additiver Fertigungstechnologien in der realen Produktion. Hersteller nutzen heute 3D-Druck zur Herstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen, und einige nutzen AM sogar für die Großserienproduktion. Ihre Geschichten werden hier vorgestellt.