Leitfaden zu Binder Jetting-Materialien

Bedeutung und Prozess des Binder Jetting

Beim Binder Jetting werden Objekte Schicht für Schicht aus einem Pulvergrundmaterial und einem flüssigen Bindemittel hergestellt. Da beim Binder Jetting keine Hitze zum Verschmelzen von Materialien erforderlich ist, kann eine breite Palette von Materialien verwendet werden.

Binder Jetting Verfahren

Eine dünne Schicht Pulvermaterial wird auf der Bauplattform verteilt. Ein Druckkopf trägt dann selektiv das flüssige Bindemittel auf die Pulverschicht auf, wodurch die Partikel miteinander verkleben und einen Querschnitt des Objekts bilden. Nach dem Druck jeder Schicht senkt sich die Bauplattform leicht ab und eine neue Pulverschicht wird aufgetragen. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das gesamte Objekt geformt ist.

Bildquelle: ExOne

Binder Jetting Materialien und Anwendungen [1]

1. Rostfreie Stähle

Das Binder Jetting von rostfreiem Stahl, insbesondere 316L, bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die durch verschiedene Prozessparameter und Nachbehandlungen beeinflusst werden.

Binder-Jetting-Teile aus Edelstahl 316L bieten trotz größerer Korngröße und höherer Porosität im Vergleich zu durch Laser-Pulverbett-Fusion hergestellten Teilen eine gute Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sie eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter biomedizinische Implantate, Automobilkomponenten, chemische Verarbeitungsanlagen, Luft- und Raumfahrtkomponenten, kundenspezifische Werkzeuge, Wärmetauscher und Architekturelemente.

2. Titanlegierungen

Das Binder Jetting von Titanlegierungen, insbesondere Ti-6Al-4V (Ti64), bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die durch verschiedene Prozessparameter und Nachbearbeitungsbehandlungen beeinflusst werden.

Binder-Jetting-Teile aus Ti64 zeichnen sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit aus. Dank ihres geringen Gewichts, ihrer Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit und der Fähigkeit, komplexe Geometrien herzustellen, eignen sich Binder-Jetting-Teile aus Ti62 für eine Vielzahl von Anwendungen, von Luft- und Raumfahrtkomponenten und biomedizinischen Implantaten bis hin zu Automobilteilen, Schiffsanwendungen, chemischen Verarbeitungsanlagen, Spezialwerkzeugen und Wärmetauschern.

3. Kobaltlegierungen

Das Binder Jetting von Kobaltlegierungen wie WC-Co (Wolframkarbid-Kobalt) bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die von den Pulvereigenschaften, dem Bindertyp und der Nachbearbeitung beeinflusst werden.

Durch Anpassung des Kobaltgehalts und Optimierung der Sinterbedingungen konnten Dichte, Härte, Verschleißfestigkeit und Bruchzähigkeit der mittels Binder Jetting hergestellten WC-Co-Teile verbessert werden. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit, Verschleißfestigkeit und der Fähigkeit, komplexe Geometrien herzustellen, eignen sie sich ideal für viele Anwendungen, wie z. B. Schneidwerkzeuge, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte, verschleißfeste Beschichtungen, Teile für den Energiesektor sowie kundenspezifische Werkzeuge und Formen.

4. Nickelbasierte Superlegierungen

Das Binder Jetting von Superlegierungen auf Nickelbasis bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die von der Legierungszusammensetzung, den Verarbeitungsparametern und den Nachbearbeitungsbehandlungen beeinflusst werden.

Binder-Jetting-Teile auf Nickelbasis zeichnen sich durch hohe Temperaturfestigkeit, ausgezeichnete Kriech- und Korrosionsbeständigkeit, hohe Dauerfestigkeit und hohe Härte aus. Sie können in Luft- und Raumfahrtkomponenten, Gasturbinen, chemischen Verarbeitungsanlagen, Kernreaktoren, der Öl- und Gasindustrie, Wärmetauschern, Raketenantrieben und medizinischen Implantaten eingesetzt werden.

5. Magnetische Formgedächtnislegierungen

Magnetische Formgedächtnislegierungen (MSMAs), insbesondere solche auf Ni-Mn-Ga-Basis, weisen bei der Verarbeitung mittels Binder Jetting einzigartige mechanische Eigenschaften auf. Die mechanischen Eigenschaften von bindemittelgespritzten MSMAs werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter Pulvermorphologie, Sinterbedingungen und Nachbehandlungen.

Die im Binder-Jetting-Verfahren hergestellten Teile zeichnen sich durch einzigartige Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit zu reversiblen Formänderungen als Reaktion auf Magnetfelder aus. Sie eignen sich für Anwendungen wie Aktuatoren, Sensoren, medizinische Geräte und energieeffiziente Kühlsysteme.

6. Magnetische Materialien

Das Binder Jetting magnetischer Materialien wie NdFeB und Fe-Si-Legierungen bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die von den Pulvereigenschaften, dem Bindertyp und den Nachbearbeitungsbehandlungen beeinflusst werden.

Magnetische Teile aus dem Binder-Jetting-Verfahren zeichnen sich durch hohe mechanische Festigkeit, intrinsische magnetische Eigenschaften und eine isotrope Mikrostruktur aus. Sie eignen sich ideal für die Herstellung von Permanentmagneten, weichmagnetischen Komponenten, medizinischen Geräten, Automobilteilen und der Luft- und Raumfahrttechnik.

7. Kupfer

Das Binder Jetting von Kupfer bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die durch verschiedene Prozessparameter und Nachbearbeitungsbehandlungen beeinflusst werden.

Die mechanischen Eigenschaften von Kupferteilen, die mittels Binder Jetting hergestellt werden, wie Dichte und Zugfestigkeit, hängen stark von ihrer Sinterdichte ab, wobei auch Porosität und Mikrostruktur eine entscheidende Rolle spielen. Aufgrund der hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer, der Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erzielen, und der verbesserten Gesamtleistung durch geeignetes Sintern und Nanopartikelzusätze eignen sich diese Teile ideal für Anwendungen wie Wärmemanagementsysteme, elektrische Komponenten, Filter, Strukturelektronik, Schmuck und Dekorationsartikel, Industrieteile und Rapid Prototyping.

8. Keramik

Das Binder Jetting von Keramik bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die durch verschiedene Prozessparameter und Nachbearbeitungsbehandlungen beeinflusst werden.

Binder Jetting Keramikteile bieten hervorragende mechanische Eigenschaften wie hohe Härte, Wärmeleitfähigkeit sowie Verschleiß-, Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit. Diese Eigenschaften, kombiniert mit der Möglichkeit, Porosität und Mikrostruktur durch Sintern zu kontrollieren, machen Binder Jetting Keramiken zu geeigneten Werkstoffen für die Luft- und Raumfahrt, biomedizinische Implantate, elektronische Komponenten, Filter und Katalysatoren, Werkzeuge und Verschleißteile, Anwendungen im Energiesektor, optische Komponenten und künstlerisches Design.

9. Aluminiumoxid

Das Binder Jetting von Aluminiumoxid bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die durch verschiedene Prozessparameter und Nachbearbeitungsbehandlungen beeinflusst werden.

Mittels Binder Jetting hergestellte Aluminiumoxidteile bieten eine hohe Dichte, hervorragende Härte, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit sowie überlegene Wärmestabilität und Verschleißfestigkeit und eignen sich daher ideal für eine Vielzahl von Hochleistungsanwendungen, darunter biomedizinische Implantate, elektrische Isolatoren, verschleißfeste Komponenten, Wärmemanagementsysteme, Filter, Katalysatorträger, Luft- und Raumfahrtkomponenten und kundenspezifische Werkzeuge.

10. Porzellan

Das Binder Jetting von Porzellan bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die durch verschiedene Prozessparameter und Nachbearbeitungsbehandlungen beeinflusst werden.

Binder Jetting-Keramikteile zeichnen sich durch hohe Härte, ausgezeichnete thermische Stabilität und starke mechanische Eigenschaften aus. Ihre Dichte und Mikrostruktur werden durch Nachbearbeitungsschritte wie Sintern deutlich verbessert. Sie eignen sich für verschiedene Anwendungen, darunter Geschirr und Dekorationsartikel, Architekturkomponenten, Zahnprothesen, Kunst und Skulpturen, Industriekomponenten sowie Filter und Katalysatoren.

11. Metallmatrix-Verbundwerkstoffe

Das Binder Jetting von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen bietet einzigartige mechanische Eigenschaften, die vom Matrixmaterial, der Verstärkungsart und den Verarbeitungsparametern beeinflusst werden.

Durch die Zugabe von Keramikverstärkungen und einen optimierten Sinterprozess weisen bindergespritzte Metallmatrixteile im Vergleich zu unverstärktem Metall eine höhere Dichte, Härte, Festigkeit, Verschleißfestigkeit, thermische Eigenschaften und Steifigkeit auf. Sie eignen sich ideal für Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobilteile, Schneidwerkzeuge, Wärmemanagementsysteme, Panzerungsanwendungen, elektronische Verpackungen, Sportgeräte und industrielle Verschleißteile, bei denen Leistung und Haltbarkeit entscheidend sind.

Ressource:

[1] Amir Mostafaei, Amy M. Elliott, John E. Barnes, Fangzhou Li, Wenda Tan, Corson L. Cramer, Peeyush Nandwana, Markus Chmielus. „Binder Jet 3D-Druck – Prozessparameter, Materialien, Eigenschaften, Modellierung und Herausforderungen“ Online verfügbar am 15. Juni 2020, Version of Record vom 29. April 2021, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642520300712#s0230.