Fraunhofer IFAM – een instituut van de gerenommeerde Fraunhofer-Gesellschaft – is een erkend marktleider op het gebied van spuitgieten van metaal (MIM) en levert aan bedrijven in de lucht- en ruimtevaart, energie, scheepvaart en andere veeleisende industrieën. Om de verkenning van nieuwe toepassingen te ondersteunen en tegelijkertijd doorlooptijden en kosten te verlagen, heeft Fraunhofer onlangs besloten het Freeform Injection Moulding (FIM) proces te introduceren, ondersteund door Nexa3D’s XiP desktop 3D printer en LSPc® technologie. Met dit platform kunnen fabrikanten snel en kosteneffectief prototypes maken van complexe spuitgietonderdelen voordat ze investeren in conventionele metalen gereedschappen.

Bij metaalspuitgieten (MIM) wordt metaalpoeder gemengd met een kunststof bindmiddel om een uitgangsmateriaal te maken dat vervolgens in een metalen mal wordt gespoten. De abrasieve aard van het basismateriaal stelt hoge eisen aan de kwaliteit van de matrijs en de complexiteit van het MIM-proces vereist meestal meerdere iteraties. Fraunhofer wilde bedrijven een manier bieden om nieuwe concepten snel en kosteneffectief te testen en zocht een oplossing bij Nexa3D en Freeform Injection Moulding.

Sebastian Hein, Fraunhofer IFAM

Fraunhofer IFAM

Contractonderzoek en innovatie

• XiP desktop 3D printer
• xMOLD 3D-geprinte hars voor gereedschap
• Demolding Station

3D-geprinte spuitgietgereedschappen

• Mogelijkheid om prototype metalen onderdelen aan te bieden in 10 dagen of minder
• Aanzienlijk lagere kosten voor de productie van prototype matrijzen
• Grotere ontwerpvrijheid
• Minder risico bij ontwikkeling en innovatie

Geïnspireerd door andere bedrijven die freeform spuitgieten gebruiken, besloot Fraunhofer de XiP desktop 3D printer en xMOLD hars te introduceren. Dit compacte platform is de ideale oplossing voor het printen van matrijzen in het productformaatbereik dat typisch is voor MIM, en de xMOLD tooling hars heeft een bewezen staat van dienst in het gieten van hoogwaardige materialen.

Door het FIM-proces te introduceren met de XiP 3D-printer en Nexa3D’s xMOLD-materiaal, biedt het Fraunhofer IFAM-team zijn klanten een groot aantal voordelen.

Snelle prototyping: Met FIM kan Fraunhofer snel prototypes van MIM componenten produceren voor demonstraties en validatietests bij klanten. Het is bewezen dat de materiaaleigenschappen van FIM-onderdelen gelijk zijn aan die van conventionele stalen mallen, waardoor een nauwkeurige prestatie-evaluatie mogelijk is.

Tijd- en kostenbesparingen: Met FIM kan Fraunhofer IFAM de tijd en kosten voor het maken van proefmallen drastisch verminderen. De uitzonderlijke snelheid van de XiP-printer maakt het mogelijk om op dezelfde dag te printen en te injecteren, en tegelijkertijd kosten en tijd te besparen van meer dan 75% vergeleken met conventionele proefmallen.

Minder risico voor ontwikkeling en innovatie: Fraunhofer IFAM heeft al bewezen dat FIM compatibel is met BASF’s gouden standaard Catamold, zodat klanten goed gekarakteriseerde materialen kunnen gebruiken voor hun ontwikkeling en innovatie.

Het spuitgieten van metaal heeft te lijden onder een gebrek aan mogelijkheden voor prototyping. Conventionele AM-benaderingen, of ze nu gebaseerd zijn op poeder of bindmiddel, kunnen niet worden gebruikt om vloeipaden, spanningspatronen in de mal of vervorming van gegoten onderdelen tijdens het ontbinden en sinteren te evalueren. Daardoor moesten spuitgietbedrijven investeren in dure pilotgereedschappen als ze onderdeelontwerpen en procesparameters wilden valideren. Met het eerste project – de GE Jet Engine Bracket – demonstreerde Fraunhofer IFAM de eenvoud, snelheid en ontwerpvrijheid die spuitgieten in vrije vorm biedt.

Het Fraunhofer-team koos voor een beugelontwerp dat geschikt is voor spuitgieten en voor het gebruik van het bekende standaardmateriaal Catamold 17-4PH van BASF als materiaal. De oplosbare spuitgietmatrijs werd geprint met een XiP printercel en afgewerkt met een Arburg 320 spuitgietmachine.

Het project bevestigde verschillende belangrijke aspecten van spuitgieten in vrije vorm:

De constructietijd voor de matrijzen wordt teruggebracht van dagen tot uren, omdat de matrijzen geen splitlijnen, uitwerppennen of schuifelementen hoeven te bevatten.
Testmallen kunnen in dagen in plaats van weken geproduceerd worden.
Spuitgieten kan worden uitgevoerd met standaard spuitgietmachines en -materialen en levert een materiaalkwaliteit die niet onderdoet voor die van conventioneel metaalspuitgieten.