Metal Injection Molding oder Pulvermetallspritzguß
MIM ist eine in den 80.ern aus USA herübergeschwappte
Technologie, welche aber von der Machart her nur für
kleine dünnwandige Teile funktionierte, da die dafür verwendeten Bindemittel
thermisch ausgetrieben werden mußten.
So war es nicht wirtschaftlich darstellbar dickwandigere Teile
auszutreiben ohne das diese platzten, oder durch übermäßig lange Verweilzeiten im Austreibofen zu hohe Kosten
verursachten oder zu stark oxidierten.
Erst neuere Verfahren, welche vom verwendeten Bindemittel und
der verwendeten Austreibmethode
her ein "mikroporöses Teil ermöglichen, brachten dieser neuen
Technologie den
notwendigen Durchbruch.
Wie funktioniert das ?
Ähnlich wie in der klassischen Pulvermetallurgie
kommen Metallpulver zum Einsatz. Diese Pulver sind aber um
ein vielfaches feiner und werden nicht verpresst, sondern als Gemisch mit
einem Kunststoffbinder
zu einem sogenannten "Feedstock" verarbeitet. Dieser kann als Granulat
oder grobes Pulver vorliegen und
wird dann auf einer Kunststoffspritzgießmaschine zu entsprechend komplizierten
Formteilen verarbeitet.
Eine
Verarbeitung auf dem Extruder zwecks Herstellung von Profilen und Stabmaterial
ist ebenfalls möglich.
Die so hergestellten "Grünteile" ( der Begriff
stammt aus der Keramik) müssen zunächst von einem dafür vorgesehenen Teil des
Bindemittels befreit werden, um die oben erwähnte Mikroporosität zu erhalten.
Dank dieser Porosität kann
man im folgenden Ofen in der Aufheizphase den Restbinder austreiben ohne die
Teile wegen zu hohen Druck zu sprengen.
Dies kann in einem separaten
Austreibofen geschehen oder auch in einer extra dazu vorgesehenen
Austreibzone eines Durchlaufofens. Von dort weg
findet dann der eigentliche Sintervorgang statt, wo die Teile um das Maß schwinden, welches
durch das Bindemittel zwangsläufig vorgegeben ist.
Hier sieht man diesen Längenunterschied am Beispiel eines Zugstabes
Bis Ende de 80.er Jahre gab es also nur Kleinteile und
dünnwandige Teile
das unten abgebildete Sammelsurium steht für die Zeit bis dahin und es sind
vorwiegend Teile aus amerikanischer Produktion, welche mir in den 80.ern von
meinem Freund und Mentor Dr.Leander F.Pease III zur Verfügung gestellt wurden.

Einer der ganz frühen "Macher" in Sachen MIM
und CIM, der auch
verstärkt mein Interesse an MIM-CIM weckte Herr
Marco Jorio
mit mir vor den gelieferten FX-25 Maschinen
in der Schweiz.
Um nun größere und vor allem dickwandigere Teile herstellen
zu können, bedurfte es aber noch einiges an F+E - Arbeit.
Das BASF-System entsteht
(Catamold®)
Als einer der frühen Pioniere von MIM in Europa ( ich
propagierte das zwecks Verkauf von Maschinen) durfte ich
meinen damals bereits mehrfach gehaltenen "Standardvortrag MIM" Ende
der 80.er in der
Direktionsetage bei BASF AG halten und man legte mir die Ideen, welche zu dem
heutigen BASF Verfahren führten offen und es wurde beschlossen
über einen Kooperationsvertrag mit meiner
Abteilung "Neue Technologien" KFD,
zusammenzuarbeiten.
Dies betraf meinerseits die frühen Tests zur
Verarbeitbarkeit von solchen Massen. Die Firma BASF erhielt dann später von uns eine
Maschine um eigene Technikumsarbeiten vor Ort durchführen zu können. Das
BASF-Verfahren
wurde was die Machbarkeit von dickwandigen Teilen anbelangt der
Renner
und wurde dann von mir in meinen Vorträgen entsprechend propagiert.
Die Entstehung:
Ausgehend von dem Nachteil, dass das Polyacetalharz Polyoxymethylen kurz
POM nicht säurefest ist, war die verblüffend schöne Idee, diesen Nachteil zum
Vorteil werden zu lassen einfach bestechend. Zunächst im BASF F+E- Bereich
Keramik angedacht und eingesetzt, war es naheliegend mit dem hauseigenen
Eisen-pulver ( Carbonyleisen ) einen Feedstock für MIM zu entwickeln. Ein
Gemisch aus Metallpulver, POM und einem säurefesten Kunststoff als Restbinder
wurde zum Herstellen von Formteilen verwendet, welche anschließend in einer
heißen Stickstoffatmosphäre mit Salpetersäure im Edelstahlwarmluftofen vom
POM befreit werden. Dabei passiert es in vorteilhafter Weise, dass sich das POM
völlig vom festen Zustand in einen gasförmigen zersetzt. Die Teile wurden
dadurch mikroporös und gasdurchlässig. Das Aufheizen zum Austreiben des
Restbinders und zum Sintern kann danach erfolgen, ohne dass die Teile einen
Innendruck aufbauen können und Schaden nehmen.
Das historische erste Formteil überhaupt mit dem neuen
Verfahren war ein Teil der sonst in Kunststoff gespritzten Wasserbatterie der
KFD-Maschinen
und wog muntere
212 Gramm
So etwas war natürlich spektakulär und aus der Sicht der bis
dato am Markt befindlichen MIM-Hersteller einfach unvorstellbar.
Mit diesem bis dahin als Monsterteil zu bezeichnenden Teil war
das Eis gebrochen und das KnowHow für große Teile liegt ab dann einfach bei
dem Konstrukteur des Werkzeuges, welcher dann sozusagen das Thema
"learning by doing" zu spüren bekam.
Es soll nicht verschwiegen werden, dass obiges Teil beim
Sintern etwa
0.4 mm "eingeknickt" ist, sprich nicht
mehr paralell ist. Das bringt die
notwendige Erfahrung ins Spiel, diesem Verzug bei der
Formgebung
zu berücksichtigen und dem Effekt bereits konstruktiv entgegenzuwirken.
Henkel AG jetzt Emery Oliochemikals
Ein weiteres Verfahren der Firma Henkel AG , heute Emery Oliochemicals, lernte ich auf
einer PM-Tagung in Hagen kennen. Dieses wurde aber gerade zu diesem Zeitpunkt
aus mehreren Gründen fallengelassen und es bot sich mir die Möglichkeit damit weiter zu
experimentieren.
Dabei gelang mir
fast rein zufällig die entscheidende noch fehlende Veränderung
an der Rezeptur des aktuellen Binders zu finden, um eine
sehr gut verarbeitbare
Spritzgießmasse zu bekommen.
Das Verfahren ruhte dann, bis ich 1991
nach der Wende von Klöckner Ferromatik
Desma GmbH zum Eisen und Hüttenwerk Thale AG wechselte,
um dort ein
BMFT-Vorhaben zum Thema MIM zu leiten, welches mit dem BASF-System durchgeführt
wurde. Systembedingte Anfangsschwierigkeiten führten dazu, dass ein Teil der
gewünschten Metalle und Legierungen nicht innerhalb der benötigten Zeit als
BASF-Feedstock zur Verfügung gestellt werden konnten. Manche der
gewünschten Spezialitäten hätten vom Pulver ausgehend erst passiviert
werden müssen und dazu fehlte die Zeit.
SYSTEM WARNSTEDT entsteht
Warnstedt, ganz einfach dadurch, dass ich mein Licht unter den
Scheffel stellend nicht meinen Namen direkt verwenden wollte und so der Wohnort
Warnstedt / Thale bei der Namensgebung Verwendung fand.
Manchmal im Leben sind es Zufälle, die zu neuen Ideen zwingen. Das nicht weiter
verfolgte bisherige Henkelverfahren und der Umstand, dass damit
die oben erwähnten Spezialitäten erfolgreich eingesetzt werden konnten,
führten dazu, dass dieses von mir "salonfähig" gemachte Verfahren in
dem
BMFT-Vorhaben und darüber hinaus in der Produktion der damals von mir
mitgegründeten Firma Metallico GmbH auch recht früh Einzug hielt.
Die Basis des Verfahrens stellt ein
Bindergemisch aus einem Polyamidpulver, eines speziell von Henkel/Emery
gekochten Fettsäuregemischs und einer weiteren wachsähnlichen Substanz dar.
Die letzten beiden Substanzen werden mit einem Lösungsmittel
( Aceton) extrahiert, während das Polyamid das Gerüst eines hochporösen Braunlings
ermöglicht. Der Begriff Braunling entstand früher beim thermischen Austreiben, weil
die meisten Eisenbasislegierungen nach längerer Verweilzeit an Warmluft oxidieren. Der
Begriff markiert also den Zustand nach dem Austreiben des Binders. Der echte
Braunling wäre allerdings eine recht labile Angelegenheit, da er nur noch aus
einer in Form gehaltenen Pulveranhäufung besteht und nicht mehr transportfähig wäre.
Bei den beiden oben erwähnten Verfahren sind die Braunlinge nach
wie vor fest und können problemlos gehandhabt werden.
So setzte nun der Werdegang meines eigenen Bindersystems
ein. Zunächst wurden nur die Pulver welche von BASF nicht zur Verfügung
gestellt werden konnten mit dem "alternativen Binder System" dem
gemäß ABS-Binder genannt, verarbeitet . Es zeigte sich aber rasch, dass das
ABS-System als eigenes System genau so zuverlässig und selbst erstellt auch
preiswerter darstellbar war.
Ein weiterer Grund für die rasche Umsetzung als
Produktionssystem war natürlich auch die Unabhängigkeit von dritten und so
konnte ich es auch nicht aufhalten, dass die gerade neu gegründete Firma
Metallico GmbH mit dem ABS-System die Produktion aufnahm. So kam es, dass ich
für die notwendigen Forschungsarbeiten um jede Stunde auf der anfangs einzigen Spritzgießmaschine kämpfen
musste.
+ + +
hier folgt weiterer Einschub
Mit diesen beiden Systemen BASF und ABS (Gutjahr/Emery) stehen
erstmalig zwei Verfahren für die Herstellung dickwandigerer Teile zur Verfügung, welche
beide über eine systematisch erzeugte Mikroporosität das klassische, extrem
langsame Ausschwitzen des Binders im Warmluftofen überflüssig machen.
Die ersten mit "ABS" industriell gefertigten Teile waren die unten gezeigten
Zylinderabdeckungen für die Firma Hoppe. Dieser Kontakt wurde von mir als
"Morgengabe" in Thale eingebracht. Die ursprünglich zu
gründende GmbH
sah mich als Gesellschafter ohne Kapital vor, dessen Wissen als geldwerte
Leistung eingebracht werden sollte.
Leider hat es sich ergeben, dass nach dem Absprung
eines Gesellschafters die von mir neu gefundene Partnerfirma gar nicht in die
nähere Wahl kam, sondern mein sogenannter Partner die GmbH hinter meinem
Rücken im Alleingang mit dem EHW Thale gründete.
>>>>> Mein Wissen war also drinn und ich draußen. <<<<<<
Da so eine Konstellation für mich mehr als ärgerlich war, habe ich meine
Binderkomponenten und mein Wissen abgeschottet aber leider viel zu spät. Es hat
sich gezeigt, dass mein Partner mich bereits bestohlen hatte. Aus diesem und
noch anderen Gründen habe ich die Projektleitung des BMFT-Vorhabens
niedergelegt und mich ganz in mein privates Ingenieur-Büro in Warnstedt
zurückgezogen. Dieser Zustand konnte teilweise geheilt werden nachdem die Firma
Schunk das Eisen und Hüttenwerk gekauft hat und der damalige Geschäftsführer
einen KnowHow Vertrag mit mir abschloss.
weiterer Einschub folgt
Eine Spezialität entstand später bei der Firma ATP
GmbH in Zusammenarbeit mit dem IFAM Bremen und wurde danach kurzerhand mit
dem ABS-System; System Warnstedt oder auch System Gutjahr genannt gefertigt. Es
handelt sich um Schwermetall sprich Wolframteile, welche zur Abschirmung
radioaktiver Strahlung in der Messtechnik und in der Nuklearmedizin benötigt
werden.

links Strahlerabschirmung rechts Spritzenabschirmung.
MIM wird fortgesetzt
CIM - Ceramic Injektion Moulding
In diesem Abschnitt wird gezeigt, dass die Verarbeitung
von Keramikpulvern genau so möglich ist. Das Hartmetall ( Wolframcarbid )
zählt dabei mit zur Keramik.
Als repräsentatives Teil für die Anwendung
Pulverkeramikspritzguß CIM, möge dieser Hebel aus Al2O3 Keramik dienen,
welcher mir Anfang der 80.er Jahre von Firma Moldinjekt CH zur Verfügung
gestellt wurde.
Weitere Teile der Firma Modinject CH und von Firma ESK
die Teile bei den beiden Aufnahmen liegen übrigens auf
einer Glasplatte und verwendet wurde als fotografischen Hintergrund ein
Hologramm mit Münzen
wird fortgesetzt
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