Keramische Prototypen und Kleinserien

Keramische Bauteile substituieren in aller Regel Metallteile und werden dann überwiegend auch in einem anderen Fertigungsverfahren hergestellt. Im Falle eines Material- und / oder Verfahrenswechsel ist es somit naheliegend die Eignungsfähigkeit des neuen Materiales oder/und des Verfahren im Vorfeld mittels Prototypen zu testen.

Zur Herstellung von Prototypen oder Kleinserien stehen verschiedenen Fertigungsmethoden zur Wahl.

  • Mechanische Hartearbeitung aus gesinterten Halbzeugen
  • Mechanische Bearbeitung aus Grünteilen mit anschließendem Sintern
  • Additives Fertigungsverfahren
  • Prototypen im Spritzgussverfahren mittels Prototypenwerkzeuge
  • Gespritzte Kleinserien über Stammwerkzeuge

Großen Einfluss auf die Wahl der Herstellungsmethode haben

  • die Bauteilgeometrie
  • die erforderliche Stückzahl
  • das Zielmaterial
  • die Zielvorgabe (Eignungsprüfung des Materiales oder / und der Fertigungsmethode)

An diesen Vorgaben orientieren wir uns und bieten die darauf abgestimmte beste technisch und wirtschaftlichste Lösung.

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Klaeger-Mechanisch-gefertigtes-Bauteil
Im Vergleich: Bauteil im additiven Fertigungsverfahren; Spritzgegossenes Bauteil Beispiele von mechanisch gefertigte Bauteile.

Mechanische Hartbearbeitung

Die Bauteile werden aus fertig gesinterten Halbzeugen mittels mechanischer Hartearbeitung (CNC-Schleifen (Außen, Innen, Profil, Koordinaten …), Bohren, Honen, Läppen …) gefertigt. Aufgrund der hohen Härte der keramischen Werkstoffe ist hier modernste Fertigungstechnik, spezifisches Prozessequipment und hohes Prozess-Know-how zwingend erforderlich.

Grün- oder Weißteilbearbeitung

Endkonturnahe mechanische Bearbeitung von kaltisostatisch gepressten Rohlingen., entweder im Grün- oder im vorgesinterten Zustand. Im Anschluss an die mechanische Bearbeitung erfolgt der abschließende Sinterprozess und damit Überführung in den „festen“ Endzustand.

Additives (generatives) Fertigungsverfahren

Der Begriff Additive Fertigung bezeichnet Prozesse, bei denen dreidimensionale Objekte durch das Aneinanderfügen von Schichten erstellt werden.

Durch die selektive Belichtung eines mit keramischen Partikeln gefüllten, photosensitiven Compounds werden die Schichten erhärtet und übereinander aufgebaut. Die Photopolymere bilden dabei das Grundgerüst des Bauteils und dienen als Binder zwischen den keramischen Partikeln. Die Photopolymere werden anschließend beim Entbindern entfernt und die keramischen Partikel werden im abschließenden Sinterprozess dicht gesintert. Diese beiden Prozessschritte werden typischerweise auch in der konventionellen keramischen Formgebung angewendet.

Prototypen oder Kleinstserien im Spritzgussverfahren über Prototypenwerkzeuge

Innerhalb weniger Tage wird aus den kundenseitig beigestellten 3 D Daten ein Prototypenwerkzeug erstellt. Aus diesem werden im regulären Spritzgussverfahren Musterteile aus dem avisierten Zielmaterial gespritzt und anschließend regulär entbindert und gesintert. Als keramische Spritzgussmassen können alle gängigen Systeme Verwendung finden.Gegebenenfalls können die Bauteile über ein zusätzliches Finishverfahren (mechanische Hartbearbeitung. Trowallisieren …) veredelt werden.

Vorteile

  • Prototypen innerhalb kurzer Zeit (2-4 Arbeitswochen),
  • Gefertigt im Zielmaterial
  • Hergestellt unter nahezu identischen Produktionsbedingungen wie im Serienbetrieb
  • Hohe Geometriefreiheit, identisch mit Serienverfahren
  • Bauteilqualität mit Serienprozess vergleichbar
  • Initialkosten gering

Fazit:
Bauteile, hergestellt im Zielmaterial unter realen Produktionsbedingungen ermöglichen konkrete  Rückschlüsse hinsichtlich

  • der Tauglichkeit in der Applikation
  • der Prozessfähigkeit in der Herstellung

Kleinserien im Spritzgussverfahren über vorhandene Stammwerkzeuge

Insbesondere für Kleinserien oder zur Verifizierung des Materiales und des Verfahrens bietet sich das Spritzgussverfahren aus vorhandenen Stammwerkzeugen an. Lediglich der formgebende Werkzeugeinsatz ist bauteilspezifisch zu erstellen. Als keramische Spritzgussmassen können alle gängigen Systeme Verwendung finden.

Die Bauteile werden aus dieser Werkzeugeinheit im effektiven Serienverfahren gespritzt, entbindert und anschließend gesintert. Gegebenenfalls können die Bauteile über ein zusätzliches Finishverfahren (mechanische Hartbearbeitung. Trowallisieren …) veredelt werden.

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