Die additive Fertigung (AM) ist eine sich schnell entwickelnde Technologie auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie. Sehr komplizierte Teilegeometrien in Kombination mit einer Reduzierung des Rohpulververbrauchs sind die Hauptvorteile.
Eine kostengünstige und sehr beliebte AM-Technik ist extrusionsbasierte Drucktechnologie wie der Schmelzfilamentdruck. Seit mehr als zwanzig Jahren werden Rohstoffe entwickelt, die Metallpulver und verschiedene Arten von Keramikpulvern enthalten, und in der Zwischenzeit sind zahlreiche Studien erschienen.
Hartmetalle über MEAM
Im Gegensatz zu den bisher untersuchten Metall- und Keramikpulvern sind Hartmetall- und Cermet-Formulierungen Gemische aus vielen verschiedenen Pulvern mit Korngrößen, die oft kleiner als 1 µm sind.
Für die 3D-Herstellung von Hartmetall- und Cermet-Körpern sind extrusionsbasierte Techniken aufgrund mehrerer Vorteile gegenüber anderen AM-Herstellungswegen sehr interessant:
1) Es gibt praktisch keinen Rohstoffverlust bei extrusionsbasierten Methoden. Dies ist ein Vorteil im Hinblick auf die teuren Hartmetall- und Cermet-Pulver-Gemische.
2) Hartmetall- und Cermet-Pulvermischungen enthalten viele verschiedene Pulver wie Hartphasenpulver (WC, Ti (C, N), VC, Cr3C2…) und Bindemittelpulver (Co, Fe, Ni), die sich trennen können, wenn ungebundene Pulver in der Formgebung auftreten (vergleiche z.B. mit Pulverbett-Lasersintern). Solche Pulver sind schwer zur Wiederverwendung im Druckprozess zu recyceln.
3) Im Allgemeinen müssen Hartmetall und Cermets eine einheitliche Mikrostruktur aufweisen. Aufgrund des Vorhandenseins von flüchtigem Co ist eine SDS-Methode (Formen - Entbinden - Sintern) die erste Wahl. Der gesamte Teil wird gesintert und es tritt keine lokale Überhitzung oder ungleiche Temperaturverteilung auf, was zu einem Bindemittelverlust und Inhomogenitäten in Zusammensetzung und Korngröße führen würde.
4) Extrusionsbasierte Techniken sind die am besten geeigneten AM-Techniken für Druckmaterialkombinationen.
Zur Herstellung von Hartmetall und Cermets haben wir hier zwei extrusionsbasierte Methoden untersucht: 1) die Herstellung von Schmelzfilamenten (FFF), für die ein Ausgangsfilament hergestellt und in einen 3D-Drucker eingespeist wurde, und 2) die Verbund-Extrusionsmodellierung (CEM) die MIM-Ausgangsmaterial verwenden kann, ohne ein Filament vorbereiten zu müssen. Bei beiden Techniken wird das Ausgangsmaterial geschmolzen und durch eine Düse in Freiform gedruckt. Unsere Arbeit scheint die erste Studie zum FFF- und CEM-Druck von Hartmetallen und Cermets zu sein.
