DE102011008554A1

DE102011008554A1 - Verfahren zur Herstellung von anorganisch, nichtmetallischen (keramischen) gefüllten Metallverbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE102011008554A1
Application number: DE102011008554A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramisch-metallischen Verbundwerkstoffen, insbesondere über generative Schichtbauverfahren. Es wird die Aufgabe gelöst, keramische Partikel zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften von Metallen in einer Metallmatrix zu verarbeiten. Dies wird erreicht durch ein Vormischen des keramischen Füllstoffs mit einem Metallpulver. Das Pulvergemisch wird dann in einer Anlage zur direkten Herstellung von Metallbauteilen verarbeitet. Nach der Verarbeitung kann das Bauteil oder ein Rohling für eine Nachbearbeitung direkt aus dem Fertigungsprozess entnommen werden.

Description

Zusammenfassung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramisch-metallischen Verbundwerkstoffen, insbesondere über generative Schichtbauverfahren. Es wird die Aufgabe gelöst, keramische Partikel zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften von Metallen in einer Metallmatrix zu verarbeiten. Dies wird erreicht durch ein Vormischen des keramischen Füllstoffs mit einem Metallpulver. Das Pulvergemisch wird dann in einer Anlage zur direkten Herstellung von Metallbauteilen verarbeitet. Nach der Verarbeitung kann das Bauteil oder ein Rohling für eine Nachbearbeitung direkt aus dem Fertigungsprozess entnommen werden.
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus keramischmetallischen Verbundwerkstoffen über Schichtbauverfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass Metall und Keramikpulver zu einer homogenen Mischung vermengt werden und danach mit einem Schichtbauverfahren verarbeitet werden. Insbesondere mittels dem bekannten SLM-Verfahren, auch z. B. Lasercusing genannt, zur direkten Herstellung von Metallbauteilen.
Für zahlreiche technische Gebiete werden Schichtbauverfahren genutzt. Der Aufbau dreidimensionaler Objekte erfolgt schichtweise. Sobald eine Schicht durch physikalische oder physikalisch-chemische Prozesse erzeugt ist, wird neues Material aufgebracht um eine neue Schicht auf die vorherige zu bauen.
Beim Strahlschmelzverfahren, auch als Selektives Laser Melting (SLM) oder Lasercusing bekannt, wird ein 3D-CAD-Datensatz in einen 2D-Datensatz durch Schneiden in dünne Schichten mit einer Dicke von Typischerweise 0,025 mm bis 0,050 mm überführt. Dieser Datensatz wird durch einen Prozessrechner verarbeitet der einen IR-Laser und ein System aus Spiegeln und Linsen steuert. Das im Bauraum aufgetragene Pulver wird somit punktgenau in einer Schicht verschmolzen. Nachdem eine Schicht bearbeitet ist, senkt sich die Bauplattform um den Betrag einer Schichtdicke ab, eine neue Schicht Pulver wird aufgetragen welche dann wieder aufgeschmolzen wird. Dieser Prozess wiederholt sich so lang, bis alle Schichtdaten verarbeitet worden sind und das Bauteil komplett dargestellt ist.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung von Verfahrensablauf und Gerätetechnik haben sich die generativen Verfahren grundsätzlich bewährt. Nachdem die Anwendung der Schichtbauverfahren zunächst zur Herstellung von Prototypen im Entwicklungsprozess beschränkt war, werden diese Technologien zunehmend auch für die Serienfertigung von Erzeugnissen kleinerer und mittlerer Stückzahl genutzt. Somit können im Vergleich zu konventionellen Verfahren kürzere Entwicklungszyklen, schnellere Produkteinführungszeiten und eine oftmals bessere Qualität der jeweiligen Erzeugnisse erreicht werden.
Trotz dieser unstrittigen Vorteile ist die Anwendung von Schichtbauverfahren zumindest für die Serienfertigung von Bauteilen problematisch, da die meisten Bauteile welche konventionell hergestellt werden oft viel günstiger sind. Dabei ist die Werkstoffauswahl auch noch sehr beschränkt.
Bei der Verarbeitung von Kunststoffen wird der Einsatz von Füll- und Verstärkungsstoffen seit Jahren genutzt um das Eigenschaftsfeld zu modifizieren und Kosten zu sparen.
Durch den Einsatz von keramischen Füllstoffen wird das Metallgefüge so modifiziert, dass der realtive E-Modul gravierend verbessert wird und somit ähnlich wie bei in DE 10 2006 009 917 A1 beschriebenen für den Leichtbau eingesetzt werden kann. Dabei wird aber das Metall nicht in der flüssigen Phase verarbeitet. Die Fehlstellen in der Metallmatrixstruktur entstehen durch die im Pulvergemisch enthaltenen Keramikpartikel die bei der Verarbeitung mit eingearbeitet werden.
Bei Metallen war bisher eine homogene Einlagerung von Füllstoffen nur sehr schwierig und eingeschränkt möglich. Metallverbundwerkstoffe konnten somit bisher nur über Infiltration, wie in DD 000000301878 A9 , oder durch Gießen wie in DE 10 2006 009 917 A1 beschrieben, hergestellt werden. Durch die großen Dichteunterschiede ist es nur beschränkt möglich keramische Füllstoffe und das Metall ohne eine Entmischung in der Flüssigphase zu verarbeiten.
Bei der Nutzung von Schichtbauverfahren wird dies entscheidend vereinfacht. Wie schon in DE 20 2005 020 596 U1 beschrieben, lassen sich in Kunststoffenpulvern Fasermaterialien Einmischen um in Schichtbauverfahren verarbeitet zu werden.
Durch das Auftragen einer Mischung von Glas- und Metallpulver kann das Werkstoffgemisch sehr homogen gehalten und auf der Bauebene verteilt werden. Der Laserstrahl schmilzt das Gemisch nur für kurze Zeit auf. Dabei werden die Glaspartikel in einer Metallmatrix eingeschlossen und können sich nicht mehr absetzen.
Durch den Einschluss der keramischen Partikel wird das Eigenschaftsbild des keramisch-Metallischen Coposites deutlich verändert. U. a. erhöht sich der relative E-Modul, die Massendiche und die Wärmeleitfähigkeit nehmen ab. Das bedeutet, dass es sich um völlig neuartige Werkstoffe handelt die sich durch die verringerte Dichte bei erhöhten E-Modul auszeichnen.
Durch die erfindungsgemäße technische Lösung wird ein Verfahren geschaffen, welches zur Kombination von keramischen und metallischen Werkstoffen dient.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006009917 A1 [0008, 0009]
DD 000000301878 A9 [0009]
DE 202005020596 U1 [0010]

Claims

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Keramisch-Metallischen-Verbundwerkstoffen über Schichtbauverfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass Metall und Keramikpulver zu einer homogenen Mischung vermengt werden und danach mit einem Schichtbauverfahren verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-, und Keramikpulver vor der Verarbeitung in einem Schichtbauverfahren in einem Mischer vermengt werden
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoffgehalt 0,1%–50,0% beträgt.