Untersuchung zur Herstellbarkeit von Binder Jetting-Bauteilverbunden mittels Sinterfügen

Abstract

Aufgrund geringer Grünteilfestigkeiten beim gleichzeitigen Trend immer höherer Pulverbettdichten werden die Entpulverung interner Hohlstrukturen und somit mögliche Applikationen des Binder Jetting erschwert. Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird als Ansatz zur Überwindung dieser Herausforderung untersucht, ob Bauteile geteilt und somit einfach zu entpulvern gedruckt und anschließend durch Sinterfügen wieder verbunden werden können. Dazu wird zuerst die entstehende Sinterfügeverbindung durch reinen Oberflächenkontakt quantifiziert. Es kann gezeigt werden, dass sich je nach Bauteilorientierung und Montagekraft ein maximales Kontaktverhältnis von 5-26\,\% ergibt. Hierbei kann die Oberflächenrauheit als Haupteinflussfaktor bestätigt werden. Zur Lösung dieser Kontaktproblematik und zur Erzeugung mechanisch stabiler und fluiddichter Sinterfügeverbindungen wird weiterhin eine Methodik zur Applikation von Pulverschichten auf Grünteile entwickelt um somit die Rauheit flexibel zu überbrücken. Die Untersuchung der Eignung von Pulverschichten für den Sinterfügeprozess erfolgt vollfaktoriell anhand von fünf Pulverfraktionen, mit denen vier unterschiedliche Schichthöhen zwischen zwei Bauteilen appliziert und diese so im Sintern gefügt werden. Dieser Bauteilverbund wird im Anschluss mechanisch charakterisiert. Hierbei kann festgestellt werden, dass mit den Pulverzwischenschichten unabhängig von der Partikelgrößenverteilung und Schichthöhe Anbindungen an die gedruckten Bauteile mit einer Verbindungsfestigkeit von 80-90\,\% der Referenzfestigkeit erzielt werden können. Es konnte insbesondere gezeigt werden, dass weder Partikelgröße noch Schichthöhe einen direkten Einfluss auf die Anbindung haben. Lediglich das Pulverfließverhalten beeinflusst durch ein Abrieseln des Pulvers aufgrund des gewählten Prozessdesigns die mechanischen Eigenschaften. Abschließend kann gezeigt werden, dass die entwickelte Methodik für den Einsatz konventionell nicht zu entpulvernder Geometrien anwendbar ist und es werden Prozess- sowie Konstruktionshinweise identifiziert.