• Hanemann, T.
• Müller, M.
• Plewa, K.
• Piotter, V.
• Müller, Tobias

Abstract

Mikropulverspritzgießen (MicroPIM) vom Feedstock bis zum Sinterteil Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Materialforschung Werkstoffprozesstechnik Mit dem Mikro-Pulverspritzgießen steht eine Prozesstechnik zur wirtschaftlichen Herstellung von metallischen und keramischen Mikrokomponenten zur Verfügung. Das Verfahren besteht aus Teilschritten Formmassenherstellung, Mikrospritzgießen, Entbindern und Sintern. Es wird zwischen NiederdruckPulverspritzgießen (Prototypen und Kleinserien) und Hochdruck-Pulverspritzgießen (Mittel- und Großserien) unterschieden. Die Partikelgröße der verwendeten Pulver hat einen entscheidenden Einfluss auf die Abformqualität. So werden beim H-PIM mit feinen Keramikpulvern kleinste Strukturgrößen von ≤ 10 µm erreicht während gröbere (Stahl-) Pulver nur größere Dimensionen und vergleichsweise rauhe Oberflächen zulassen. Eine Untervariante, das Zwei-Komponenten-Pulverspritzgießen, erlaubt die Fertigung mehrkomponentiger Mikrobauteile unter Einsparung aufwendiger Montageschritte. Einleitung Parallel zum weltweiten Trend zur Miniaturisierung von Formteilen und ganzen Baugruppen erfolgt die Entwicklung adäquater Fertigungsverfahren [1]. Hierunter fallen neben den bekannten Prozessen der Silizium- und Kunststofftechnik auch neuartige Methoden beispielsweise zur Herstellung von singulären Mikroteilen oder flächigmikrostrukturierten Produkten aus hochbelastbaren Werkstoffen. In häufig schon ausreichender Qualität aber meist nur in geringen Stückzahlen lassen sich Formteile aus Metall und Keramik z.B. über Mikrozerspanung oder Laserablation gewinnen. Jedoch sind beide Verfahren hinsichtlich Miniaturisierbarkeit, Oberflächenqualität und für den Einsatz in der Serienfertigung beschränkt. Deutlich bessere Strukturierungserfolge lassen sich mit lithographischen Verfahren erreichen, allerdings zu ebenfalls deutlich höheren Kosten. Eine wirtschaftliche Serienfertigung wird in der Regel erst möglich, wenn die nach den genannten Verfahren gefertigten Primärstrukturen durch Abformprozesse in großen Stückzahlen repliziert werden. Mit dem Mikro-Spritzgießen steht ein solches Verfahren für polymere Werkstoffe bereits zur Verfügung. Werden jedoch anwendungsbedingt höher beanspruchbare Materialien benötigt, so bietet sich eine Variante für Metalle und Keramiken an, das Pulverspritzgießen [2, 3]. Es besteht im Wesentlichen aus den Teilschritten Formmassenaufbereitung, (Mikro-)Spritzgießen, Entbindern und Sintern [4]. Häufig wird es auch mit seiner englischen Abkürzung PIM ( = powder injection moulding) bezeichnet. Für die Mikrofertigung kommen zwei Varianten, nämlich dass Niederdruck(L-PIM) und das Hochdruck- (H-PIM) Pulverspritzgießen, in Frage. Beide werden in den folgenden Kapiteln intensiver vorgestellt. Niederdruck-Pulverspritzgießen (L-PIM) Ein wesentliches Charakteristikum des Niederdruck-Spritzgießens, auch Heißgießen genannt, besteht darin, dass zur Plastifizierung der Pulver keine Polymere, sondern niedrigschmelzende Paraffine und Wachse eingesetzt werden. Dadurch ist eine Formfüllung bereits bei niedrigen Drücken und Temperaturen durchführbar. Übliche Parameter liegen bei Massetemperaturen von 70 - 100°C und Spritzdrücken von weniger als 5 MPa [5]. Daraus ergeben sich wichtige Vorteile: Aufgrund der geringen mechanischen und thermischen Belastung können die Spritzgießformen aus weichen, einfach zu bearbeitenden Werkstoffen bestehen. Das L-PIM kann deshalb bereits für kleine Serien, ggf. einzelne Prototypen, wirtschaftlich sein. Die Werkzeuge unterliegen einem geringeren Verschleiß, zudem reduziert die niedrige Viskosität des Feedstocks die Gefahr, dass filigrane Strukturen im Formnest beim Einschießen der Masse beschädigt werden. Geringe Einspritzgeschwindigkeiten reduzi

Topics

• discrete element method