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Binder Jetting

Wie funktioniert das Binder Jetting?

Binder Jetting (BJT) ist eine additives Fertigungsverfahren für pulverförmige Materialien. Im ersten Teilprozess wird schichtweise das Grünteil aufgebaut. Dabei wird mit einer Rakel oder Walze das Pulver über der Bauplattform in definierter Schichtstärke verteilt und möglichst gut verdichtet. Hierbei ist eine Schichtstärke zw. 30 µm und 250 µm üblich. Anschließend wird flüssiger Binder in kleinen Tropfen (wenige pL) über einen Inkjet-Druckkopf anhand von CAD-Daten vorgegebenen Stellen ins Pulverbett gedruckt. An dessen Position soll Pulver für den aktuellen Schnitt des Bauteils gebunden werden. Danach fährt die Bauplattform eine Schicht nach unten und der Prozess beginnt von vorn. Das nicht verwendete Pulver kann nach der Entnahme der Grünteile größtenteils wiederverwendet werden.
Die entpulverten Grünteile werden im zweiten Schritt thermisch entbindert und gesintert. Das Binder Jetting gehört somit zu den sinterbasierten additiven Fertigungsmethoden. Beim Entbindern wird der Binder zersetzt bzw. vollständig ausgetrieben, sodass ein Braunling mit geringer Festigkeit entsteht. Im folgenden Sinterprozess wird der entbinderte Körper auf seine gewünschte Dichte verdichtet. In Abhängigkeit von der Zieldichte schrumpft bei diesem Prozess der Körper meist stark, was bei der Auslegung der Bauteile beachtet werden muss.
Das Verfahren kann für verschiedene Materialklassen angewendet werden (z.B. Metalle, Keramiken, Cermets, Kunststoffe), die ggf. einen weiteren Sinterprozess notwendig machen.

 

Welche Materialien werden eingesetzt?

  • Metalle (Edelstahl, Nickelbasislegierungen, Kupfer/-legierungen, Titan/-legierungen, NdFeB)
  • Keramiken (Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Borcarbid, Bornitrid, Zirkoniumoxid, Cordierit)
  • Cermets (Hartmetalle, TiCN/TiC-basierte Cermets)
  • Sand (Formenbau für Gussverfahren)
  • Kunststoffe
  • weitere Materialsysteme können in zukünftiger Forschung entwickelt werden

Was sind die Vorteile des Binder Jettings?

  • Kostengünstige Fertigung höherer Stückzahlen
  • Große Bauteile herstellbar
  • Keine Supportstrukturen notwendig, somit können Bauteile im Pulverbett gestapelt werden
  • Geringer thermischer Verzug (Formgebung erfolgt durch Binder im Pulverbett)
  • Große Materialbandbreite

Welche Anwendungen gibt es bereits?

Im Vergleich zu den anderen Pulverbettverfahren wie Laser Powder Bed Fusion ist Binder Jetting noch weniger in der Anwendung verbreitet. Aktuell ist ein Hauptanwendungsgebiet der Formbau aus Sand für die Gießereitechnik. Zum anderen werden großformatige Bauteile aus siliziuminfiltrierten Siliziumcarbid hergestellt und eingesetzt. Auch BJT-Bauteile aus Aluminiumoxid werden industriell umgesetzt. Kupferbauteile sind interessant für Anwendungen, die hohe elektrische und thermisch Leitfähigkeit erfordern, wie Wärmetauscher oder Bauelemente für elektrische Antriebe. Bauteile aus Nickelbasislegierungen finden ihren Einsatz in Verschleißanwendungen oder solchen, wo hohe Festigkeiten bei hohen Temperaturen gefordert sind. Edelstähle werden unter anderem in der Medizintechnik eingesetzt. Auch für die Automobilindustrie kann dieses Verfahren interessant sein, da höhere Stückzahlen kostengünstiger produziert werden können als mit anderen additiven Verfahren.

Ansprechpartner

für metallische Werkstoffe:
Dipl.-Ing. Moritz Greifzu
(Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS)

Tel.: +49 351 83391-3606
moritz.greifzu@iws.fraunhofer.de

 

für Keramik, Cermets und Hartmetalle:
Dipl.-Ing. Christian Berger
(Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS)

Tel.: +49 351 2553-7815
christian.berger@ikts.fraunhofer.de

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