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Fertigungstechnik (Subject) / 3c Sintern (Lesson)

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• 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  
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• 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
• 2 Sinteröfenarten nennen + relative Vorteile der 2. Variante Banddurchlaufofen Hubbalkenofen Vorteile von Hubbalkenofen: größere Durchsatzmengen Energieverbrauch geringer Schutzgasverbrauch geringer (Entnahme & beschickungsklappen)
• 4 Möglichkeiten der Nachbehandlung nennen Kalibrieren (Ma´korrektur, Erhöhung Zugfestigkeit) Nachpressen und Nachsintern Infiltrieren Tränken
• Verfahrensablauf Pulverspritzgießen Pulver & Binder Mischen & Granulieren Spritzgießen Entbindern Sintern
• 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
• Oberflächengüte (LOM, Stereo, Extrusion)   Schicht-Laminat-Verfahren Oberfläche entsprechend Ausgangsmaterial   Stereolithographie liefert sehr gute Oberflächen   Extrusionsverfahren charakteristische „Würstchenstruktur“

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