Definition: Was heisst Sintern?

Sintern - oder zu deutsch die Sinterung ist ein Fertigungsprozess bei dem pulverartige Materialien zu einer speziellen Form oder Bauteil geschmolzen werden. Dabei können metallische, keramische, sowie kunststoffartige Werkstoffen verarbeitet - sprich gesintert - werden. Die wichtigsten Punkte, Vor- und Nachteile des Verfahrens, finden Sie gleich hier.

Gesinterte Teile können daher ganz unterschiedliche gestalten annehmen - insbesondere, da auch die Nachbearbeitungsmöglichkeiten gross sind. So wird in der Zahntechnik das Sintern mit Keramikpulver oft zur Herstellung von Keramikzähnen verwendet. In der Automobilindustrie wird die Technologie oft zur Herstellung von Getrieben, Filtern oder Gleitlagern aus Metallformen verwendet. Ganz egal jedoch, für welchen Verwendungszweck - das feinkörnige oder pulvrige Material durchläuft beim Sintern immer die folgenden 3 Verarbeitungsstufen.

Die 3 Verarbeitungsstufen beim Sintern

Der Prozess des Sintern durchläuft jeweils die folgenden 3 Phasen:

  1. Formgebung mit Pressen oder Giessen
  2. Verdichtung zur Verringerung der Porosität
  3. Oberflächendiffusion zur Steigerung der Festigkeit

1. Verarbeitungsstufe des Sintern: die Formgebung

Das Grundmaterial - pulverförmige oder granulierte Stoffe werden in der ersten Verarbeitungsphase des Sinterns in die gewünschte Form gepresst oder gegossen. Dabei stehen grundsätzlich ganz viele verschiedenen Verfahren zur Formgebung zur Verfügung, in diesem Artikel möchten wir auf die 3 wichtigsten näher eingehen:

  • das Verpressen der Grundstoffe
  • das Giessen der Grundstoffe
  • das Lasersintern der Grundstoffe

Verpressen

Beim Verpressen unterscheidet man unter dem Trockenpressen und dem Feuchtpressen. Erstere Methode weisst im zu verarbeitenden Material einen Wassergehalt von weniger als 7% auf, während das Feutpressen meist mit über 15% Wassergehalt ausgeführt wird. Welches ist nun die richtige Variante für Sie?

Wenn Sie eine komplexe geometrische Form abbilden möchten, raten wir zum Feuchtpressen. Für einfachere Bauteile eignet sich dafür eher zur Trockenpressung.

Giessen

Die Methode des Giessens eigene sich insbesondere zur Fertigung von komplexen Teilen aus Keramik, Porzellan oder anderen Tonerzeugnissen. Dabei wird der Ausgangsstoff mit Wasser aufgeschwemmt und in eine Gipsform gegossen.

Lasersintern

Beim Lasersintern erhitzt ein Laserstrahl punktweise den Grundstoff, welcher in 3D Schichten aufgetragen wird. Dadurch ist eine sehr freie Formgebung möglich. Die Produktion ist daher für sehr komplexe geometrische Formen geeignet - jedoch meist nur für Kleinserien oder Einzelstücke, da die Fertigung zeitaufwändig ist.

Diese Form des Sinterns ist für verschieden Kunststoffe möglich. Durch die grosse Auswahl der Materialien ist die Sinterung in der Formteiltechnik universell einsetzbar. Ein weiterer Vorteil nebst der grossen Materialwahl ist auch, dass auf Grund des additiven Fertigungsverfahrens kein Materialausschuss anfällt.
Übersicht aller additiven Fertigungstechnologien inkl. der Materialien

2. Verarbeitungsstufe des Sintern die Verdichtung

Ist Formgebung und Trocknung abgeschlossen, folgt die Hochtemperaturbehandung der halbgefertigten Teile - der sogenannten Grünlinge. Die Temperaturen betragen je nach Rohmaterial  800 °C bis 2'500 °C. Während dieses Vorgangs, kommt je nach Porosität des Festkörpers eine lineare Schwindung um 10% bis 25% zustande. Zudem gibt es auch schwindungsfreie Sintermechanismen (z. B. Oberflächendiffusion). Dabei nimmt die Dichte und Festigkeit ihrer gefertigten Teile zu.

3. Verarbeitungsstufe des Sintern: Oberflächendiffusion

In der dritten Phase erfolgt der Übergang zu einer immer mehr geschlossenen, dichteren Porosität. Gleichzeitig wachsen die Pulverkörnchen weiter. Nunmehr kann es zu einem unerwünschten „Riesenkorn-Wachstum“ kommen, was die Materialeigenschaften ungünstig beeinflusst. Auch hier nimmt die Dichte noch in geringem Masse zu. Deshalb muss der Sinterprozess rechtzeitig unterbrochen werden.


Nachdem Sie nun wissen, wie der Fertigungsprozess des Sinterns abläuft, fragen Sie sich nun bestimmt, was denn genau die Vorteile und Nachteile dieses Verfahrens sind. Da es so viele Variationen gibt, lässt sich das nicht ganz klar zusammenfassen - wir haben es aber dennoch versucht:

Die Vor- und Nachteile des Sintern

Der Hauptvorteil des Sintern aus unserer Sicht, dass Sie auch Werkstoffe miteinander verbinden können, welche Sie ansonsten nur schwer oder gar nicht zu einem neuen Werkstoff verbinden können.

Der Hauptnachteil von gesinterten Bauteilen ist im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel bei Metalllegierungen, dass die Teile aufgrund der verschiedenen Partikel eine höhere Porosität aufweisen und somit durchlässig für Flüssigkeiten oder Gase sein können. Dieses Defizit können Sie jedoch mit der richtigen Nachbearbeitung, wie z.B. mit dem Imprägnieren, verbessern.

 

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