Wann A-MIM nicht passt

Zu groß

Die Kanten werden der Größe nach verglichen, das Bauteil darf also gedreht werden. Ein Teil von 160 × 60 × 40 mm liegt über dem Richtwert, eines von 80 × 140 × 60 mm darunter.

Warum es darüber schwierig wird

• Der Grünling ist größer als das fertige Teil. Bei 15–20 % linearer Schwindung muss er um 18–25 % größer gedruckt werden. Aus 150 mm Endmaß werden rund 175–190 mm im Drucker.
• Abweichungen wachsen mit der Länge. Die Schwindung ist in Prozent schwankend, nicht in Millimetern. Auf 150 mm wirkt dieselbe Schwankung anderthalbmal so stark wie auf 100 mm.
• Großes Teil, weiche Phase. Im Ofen wird das Bauteil vorübergehend weich und muss auf seiner Unterlage mitschwinden. Je länger es ist, desto weiter rutscht es über die Auflage und desto mehr Reibung bremst einzelne Bereiche – das erzeugt Verzug.

Ein Hersteller von Binder-Jetting-Anlagen nennt für seine großen Systeme als ideale Bauteilgröße höchstens 150 × 100 × 50 mm – obwohl der Bauraum bis 800 × 500 × 400 mm reicht. Der Bauraum ist also nicht die Grenze, das Sintern ist es. Schon 200 mm Kantenlänge sind deshalb meist zu viel.

Zu klein

Ein Würfel von 10 mm Kantenlänge hat 1 cm³ und wiegt in Edelstahl knapp 8 g.

Warum es darunter selten Sinn ergibt

• Details entstehen nicht. Bohrungen unter 0,75 mm bilden sich im gesinterten Teil nicht ab, Schlitze unter 0,5 mm lassen sich nicht entpulvern. Bei einem sehr kleinen Teil sind aber gerade die Details der Grund, es additiv zu fertigen.
• Die Handarbeit schrumpft nicht mit. Jeder Grünling wird einzeln aus dem Pulver genommen, gereinigt und auf die Sinterunterlage gelegt. Bei einem 5-mm-Teil kostet das fast so viel Zeit wie bei einem 50-mm-Teil, verteilt sich aber auf viel weniger Wert.
• Kleine Teile in großen Mengen sind das Kerngebiet von MIM. Ein Spritzgießwerkzeug mit mehreren Kavitäten fertigt sie in Sekunden.

Zu schwer, zu massiv

Eine feste Gewichtsgrenze gibt es nicht – entscheidend sind Wandstärke, Geometrie und die Abstützung beim Sintern. Ein großes, aber dünnwandiges Gehäuse kann gehen, ein kleiner Vollblock nicht.

Warum massive Teile Probleme machen

• Der Binder muss heraus. Beim Entbindern wandert der Binder aus dem Inneren nach außen. Die Herstellerrichtlinie empfiehlt höchstens 25 mm Wandstärke, und das nicht in mehr als zwei Richtungen zugleich. Ein Vollmaterial-Würfel von 25 mm Kante (15,6 cm³, gut 120 g) liegt damit schon an der Grenze, obwohl er weit unter 60 cm³ bleibt.
• Massive Bereiche schwinden anders als dünne. Ein Block neben einer dünnen Wand verdichtet sich ungleichmäßig – das Teil verzieht sich oder reißt am Übergang.
• Gewicht drückt auf die Unterlage. Je schwerer das weiche Teil im Ofen, desto größer die Reibung beim Mitschwinden und desto stärker der Verzug.

Zu filigran

• Unter 0,75 mm ist der Grünling zu schwach – die Wand hält das Auspacken nicht aus.
• Zwischen 0,75 und 2 mm entsteht die Wand, bleibt aber beim Entpulvern bruchgefährdet; das kostet Ausschuss und Handarbeit.
• Schlanke Wände und Stifte: Höhe zu Dicke höchstens 8 : 1, bei Wänden unter 1 mm höchstens 4 : 1. Eine 1,5 mm dicke Rippe sollte also nicht höher als 12 mm sein.

Grund ist immer derselbe: Vor dem Sintern hält nur der Binder das Pulver zusammen. Das Teil ist in diesem Zustand empfindlich wie gepresster Zucker.

Ungeeignete Geometrie

Beim Drucken liegt das Teil gestützt im Pulverbett – dort ist fast jede Form möglich. Kritisch wird es im Ofen: Dort wird es weich und trägt sich selbst.

Fast überall eng toleriert

Das Bauteil schwindet beim Sintern um etwa 15–20 % linear, und das nicht in allen Raumrichtungen gleich. Die Schwindung wird ausgeglichen, aber jede Schwankung wirkt auf das ganze Maß:

Passungen, Dichtflächen und Gewinde werden deshalb nachbearbeitet. Muss das fast überall geschehen, trägt das Rohteil kaum noch etwas bei – dann kommen zum Fräsen noch Druck und Sintern dazu.

Zu wenige Teile

Warum

• Die Prozessauslegung fällt einmal je Bauteil an. Lage im Bauraum, Sinterunterlage und Schwindungsausgleich werden für jedes neue Teil festgelegt und oft an ersten Mustern nachgestellt. Erste Musterbauteile mit abgestimmtem Prüfprogramm beginnen bei FIT bei etwa 5.000 Euro.
• Bei zehn Teilen trägt jedes Teil ein Zehntel davon, bei tausend nur ein Tausendstel.
• Laserschmelzen braucht keine Sinterauslegung. Das Metall wird im Drucker aufgeschmolzen, das Teil schwindet nicht um 15–20 %. Für Einzelteile und Kleinmengen bis etwa 50 Stück ist es deshalb meist günstiger.

Gezählt wird die Bauteilfamilie: 30 Varianten mit je 20 Stück sind 600 Teile auf einer gemeinsamen Grundform – das kann für A-MIM interessant sein, wenn sich die Varianten nur außerhalb des sinterrelevanten Grundkörpers unterscheiden.

Zu viele gleiche Teile

Warum

• Beim MIM entsteht die Form im Spritzgießwerkzeug. Das Werkzeug ist ein hoher Einmalaufwand, danach dauert ein Schuss Sekunden. Je mehr gleiche Teile, desto weniger fällt das Werkzeug ins Gewicht.
• A-MIM spart genau dieses Werkzeug – ein Vorteil, der bei sehr großen Mengen derselben Ausführung kaum noch zählt.
• Bei einfacher Form auch früher: MIM-Anbieter nennen eine kostengünstige Serienfertigung teils schon ab 5.000 Stück im Jahr. Ist das Teil gut entformbar und ändert sich nicht, sollte MIM deshalb auch unter 50.000 Stück verglichen werden.

Einfache Form

A-MIM spielt seine Stärken bei Kanälen, Hinterschnitten, zusammengeführten Funktionen und Varianten aus. Eine Welle, ein Flansch oder eine Platte mit Bohrungen ziehen daraus keinen Vorteil – sie bekommen aber zusätzlich Druck, Entbindern, Sintern und die Nacharbeit der Funktionsflächen.