Sintern - allg erläuterung
Pulvermetallurgie / Wärmebehandlungsverfahren gehört sowohl zum Urformen, als auch zum Ändern von Stoffeigenschaften sowohl keramische als auch metallische Werkstoffe können verarbeitet werden einziges Verfahren, mit dem technische Keramiken umgeformt werden können
Aufgaben Sinteratmosphäre
o bei Metallen: Schutz vor Oxidation o Vermeidung von Zundern/Anlauffarbe o Beseitigung von Restoxiden in Eisenpulvern o Reduktion von Legierungselementen
häufig verwendete Schutzgase
häufig verwendete Schutzgase: o Wasserstoff (relativ teuer, Explosionsgefahr) o Stickstoff für Aluminium/Al-Legierungen o Wasserstoff-Stickstoff-Gemische für Eisen, Stahl, Messing & Bronze
Möglichkeiten der Puverherstellung nennen + Untergruppen
aus festem zustand (mahlen mit Attritor, Coldstream-Verfahren) aus flüssigem Zustand (Luftverdüsung) durch chemische Verfahren (Pyron-Verfahren, Höganäs-Verfahren) durch elektrochemische Verfahren (Elektrolytische Pulvergewinnung) Verdampfung / Kondensation
Probleme bei der Handhabung von Feinstpulver
o große spezifische Oberfläche o hohe Reaktivität o verstärkte Adsorption von Gasen
Motivation bei dem Mischen von Pulvern + 3 Arten von Mischungsverfahren nennen
bessere Verarbeitungseigenschaften durch Mischung von Pulvern mit verschiedenenTeilchengrößen Zuführung presserleichternder Hilfsmittel wie Wachse oder Stearate Mischen unter Einwirkung der Schwerkraft Mischen mittels mechanisch erzeugter Kräfte Mischen durch Strömungskräfte
4 Arten der Pulverlegierung nennen + Motivation dahinter
Motivation: Erhöhung der Festigkeit von Sinterbauteilen Mischlegieren o Legierungselemente mit Pulver mischen o Legierungsbildung durch Diffusion beim Sintern Anlegieren o Legierungselemente mit Pulver mischen o Glühbehandlung des gemischten Pulvers o Oberflächliche Anlagerung v Legierungselemente an Pulverteilchen Fertiglegieren o jedes Pulverteil besitzt Legierungszusammensetzung o schlechtere Pressbarkeit Vorlegieren o Mischlegieren eines Basispulvers mit fertiglegiertem Pulver o Oxidationsempfindliche Elemente einsetzbar
4 Pulvereigenschaften erläutern
Teilchengrößenverteilung o großer Einfluss auf Sinter-/Presseigenschaften o kleine Teilchen -> kürzere Diffusionswege -> höhere Sinteraktivität o feines Pulver bei gleicher Pressdichte höhere physikalischen Eigenschaften Nachteil: schlechte Verarbeitbarkeit von Feinpulvern Fließvermögen o beeinflusst Geschwindigkeit, mit der Presswerkzeug gefüllt werden kann o gutes Fließvermögen verlangt kompakte Teilchen mit gleichmäßiger Gestalt o abnehmende Teilchengröße -> schlechteres Fließvermögen Pressbarkeit o bestimmt Zähigkeit und Festigkeit des Sinterwerkstoffes o Einteilung der Pulver nach Pressbarkeit Presskörperfestigkeit o Grünfestigkeit - beeinflusst Handhabung der ungesinterten Presslinge im Prozess o wird erhöht durch unregelmäßige Teilchenmorphologie und hohe Dichte des Presslings
2 Arten der Pressverfahren und unterverfahren nennen
Formgebung und Sintern in getrennten Arbeitsgängen Koaxiales Pressen (Verdichtung bei einseitiger oder auch zweiseitiger Druckanwendung Kaltisostatisches pressen Formgebung mit Druckanwendung bei erhöhter Temperatur Heißpressen Heißisostatisches Pressen
5 Arten der Konstruktionsverbessrerung von Sintebauteilen nennen
runde Querschnitte ungünstig (ebene Flächen besser) Mantelflächen einfügen Querschnittsübergänge mit ausreichend Rundungen versehen Verzahnungsläufe nich bis auf Buchsengrund führen Hinterschneidungen vermeiden
2 Phasenarten des Sinterns erläutern
in Fester Phase Frühstadium ursprüngliche Teilchen noch sichtbar durch Brückenbildung und Kornwachstum erste Zusammenhalte zwischen Pulverteilchen Triebkraft: Verminderung der Oberfläche Mittleres Stadium noch zusammenhängender Porenraum -> offene Porösität Beginn der Schwindung Endstadium Bildung geschlossener Poren Abkühlen in flüssiger Phase Frühstadium Benetzung der festen Phase durch flüssige Phase Mittleres Stadium Auflösung der festen Phase in der flüssigen Phase Wiederausscheidung der festen Phase aus der flüssigen Phase Endstadium Bildung eines Netzes aus Teilchen der festen Phase
Vorteile Nachteile Sinterwerkstoffe
gesteuerte Porosität isotroper Werkstoffaufbau ungewöhnliche Werkstoffkombis möglich gute Rohstoffausnutzung hohe Energieeinsparung Nachteile: hohe Kosten der Rohstoffe teure Betriebsmittel hohe Maschineneinrichtungskosten teure Werkzeuge
3 Phasen der Flüssigphasensinterns benennen
Benetzung durch die flüssige Phase Aufläsung und Wiederausscheidung der festen Phase Bildungs eines Netzes aus Teilchen der festen Phase
Verfahrensablauf Laser Scanning Verfahren
1. Projizieren der aktuellen Schichtinformation a. Bauteil b. Hilfsstrukturen 2. Absenken der Bauplattform um Δz 3. gleichmäßiges Verteilen des Kunststoffes über dem Bauteil 4. Schritte 1-3 wiederholen bis Bauteil aufgebaut 5. Post-Processing
Verfahrensablauf Digital Light Processing
1. Schichtweise Belichtung durch Maskenprojektion von unten a. UV-Lampe als Lichtquelle b. Lichtumlenkung durch Spiegel (Lichtmaske) 2. fertige Schichten nach oben gehoben 3. flüssiger Kunststoff fließt nach, Prozess wird wiederholt
Verfahrensablauf Strahlschmelzen
1. Auftragen des Ausgangsmaterials 2. lokales Sintern durch Laserstrahl 3. Neuauftrag von Pulver 4. Schritte 1-3 wiederholen bis Bauteil aufgebaut 5. Reinigen
Verfahrensablauf LOM
Verfahrensablauf Laminated Object Manufacturing 1. Ablegen der Folie und andrücken durch Walze 2. Konturierung durch Laser 3. Zerteilen der Reststruktur 4. Schritte 1-3 wiederhohlen bis Bauteil aufgebaut 5. Entfernen der Reststruktur
Verfahrensablauf Fused Deposition Modeling
1. Werkstoff abwickeln und aufschmelzen 2. Nach x-y-Informationen sequentiell ablegen a. Arbeitsmaterial b. Stützmaterial 3. Arbeitstisch verfährt um Δz 4. Schritte 1-3 wiederholen bis Bauteil aufgebaut 5. Entfernen der Stützstruktur
Verfahrensablauf ballistische Verfahren
1. Werkstoff abwickeln und aufschmelzen 2. durch Düse in Tropfenform auf das Bauteil schießen a. Arbeitsmaterial b. Stützmaterial 3. Arbeitstisch verfährt um Δz 4. Schritte 1-3 wiederholen bis Bauteil aufgebaut 5. Entfernen der Stützstruktur
Verfahrensablauf 3-D-Printing
Verfahrensablauf 3-D-Printing 1. Pulverbeschickung 2. Binderauftrag in x-y-Ebene 3. Arbeitstisch verfährt um Δz 4. Schritte 1-3 wiederholen bis Bauteil aufgebaut ist 5. Entfernen des Restpulvers
Begrenzende Faktoren (Stereo, Lasersintern,Schicht-laminat, Extrusion & Ballistisch, 3D-Printing) nennen
Stereolithographie Photopolymer nötig -> Kunststoffe Sinterverfahren thermoplastisches Verhalten Schicht-Laminat-Verfahren grundsätzlich keine Einschränkungen Extrusions- und ballistische Verfahren Werkstoffe zersetzen sich nicht bei Schmelztemperatur Schmelztemperatur muss beherrschbar sein genügend hohe Viskosität 3D-Printing grundsätzlich keine Einschränkungen beliebig große Kombinationsmöglichkeiten aus Binder und Pulver
darstellbarkeit geriner Wandstärken (Stereo, Exrusion, Sinter) und Darstellbarkeit Hohlräume nennen
Stereolithographie limitiert durch Strahldurchmesser Extrusionsverfahren limitiert durch Düsendurchmesser und dadurch resultierenden wirksamen Querschnitt Sinter- und Schmelzverfahren limitiert durch Strahl- und Pulverdurchmesser Hohlräume: begrenzt durch Möglichkeit der Reinigung -> Öffnungen müs-sen vorhanden sein bei Schichtverfahren erfolgt Entnahme überflüssiger Materia-lien nach jeder Schicht
Erreichbare Genauigkeiten x-y-Ebene (Stereo, Sinter, FLM, 3-D Printing)
z-Richtung (Stereo und Extrusion, LOM)
o x-y-Ebene Stereolithographie begrenzt durch Scanner- oder Plottereinheit Sinterverfahren begrenzt durch Pulverdurchmesser Extrusions- und ballistische Verfahren begrenzt durch Düsendurchmesser Verfahren mit Druckköpfen je nach Konstruktion begrenzt durch Druckkopf oder Plottereinheit o z-Richtung Stereolithographie und Extrusionsverfahren begrenzt durch mangelnde Benetzbarkeit bei dünnen Schichten Schicht-Laminat-Verfahren begrenzt durch Verhältnis Zwischenschicht zu Baumaterialschicht
