Spritzen und gut!

Metalle – Dank der Symbiose eines neuen amorphen Metallwerkstoffs und einer angepassten Spritzgießmaschine reduziert sich die Zykluszeit um bis zu 70 Prozent. Das Projekt ist jetzt bereit für die Großserienproduktion.

28. Mai 2019
Spritzen und gut!
1 Die Teile für eine Schere lassen sich in einem Zug spritzgießen. (© Heraeus)

Der Spritzgießmaschinenhersteller Engel Austria und der Technologiekonzern Heraeus bündeln ihre Kompetenzen in der Herstellung und Verarbeitung von amorphen Metallen. Unter dem Namen Amloy hat Heraeus eine Reihe neuer amorpher Metalllegierungen entwickelt, die für den Spritzguss optimiert ist, und auf diese Weise Produkte mit Eigenschaften geschaffen, die sich bislang gegenseitig ausschlossen.

Die ungeordnete – amorphe – Atomstruktur gibt den amorphen Metallen ihren Namen. Sie weisen eine ungeordnete, nicht kristalline Struktur auf, anders als reine Metalle und klassische Legierungen. Komponenten aus Amloy sind hochelastisch und hart zugleich, von geringer Wandstärke und dabei widerstandsfähig, leicht und gleichzeitig robust. Amloy ist äußerst korrosionsbeständig und biokompatibel gemäß ISO 10993–5.

Mit dieser Kombination von Eigenschaften ist Amloy Stahl, Titan und vielen anderen Werkstoffen überlegen und eröffnet ein breites Einsatzspektrum. Einsatzfelder sind beispielsweise bruchsichere Leichtbaurahmen von portablen Elektronikgeräten, langlebige Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie, stabile Federungen und verschleißfeste Antriebsteile für die Luft- und Raumfahrt, hochwertige Dekorelemente für das Automobil sowie abriebfeste Uhrwerkbauteile. Amloy umfasst zirkoniumbasierte Legierungen und Materialien auf der Basis von Kupfer. Der Einsatz von Kupfer ermöglicht niedrige Stückkosten und eröffnet ein breites Einsatzspektrum. Derzeit arbeitet Heraeus an Amloy-Legierungen auf Basis von Titan, Eisen und Platin.

Der neue Werkstoff eignet sich vor allem für mechanisch stark beanspruchte Präzisionsbauteile und sehr hochwertige Dekorelemente in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Industrie, Lifestyle und Elektronik. Sie substituieren in diesen Anwendungen Stahl, Titan oder technische Kunststoffe, die nach der Spritzgießverarbeitung in einem weiteren Arbeitsschritt verchromt werden.

Erfolgreiche Kooperation

Die Partner Engel und Heraeus bauen durch die Kooperation ihre Kompetenzen für amorphe Metalle aus. 2015 präsentierte Engel eine erste Spritzgießlösung für die Verarbeitung von amorphen Metallen. Heraeus forscht und entwickelt seit rund drei Jahren an amorphen Metallen. Durch die Kooperation schließt das Unternehmen eine Fertigungslücke und ist nach eigenen Angaben der weltweit einzige Anbieter, der amorphe Metalle schmelzen und verformen, drucken, spritzgießen und somit umfassend verarbeiten kann.

Als wesentliches Merkmal sind die Amloy-Legierungen für den Spritzguss optimiert. Gezielt für die Verarbeitung des neuen Werkstoffs hat Engel mit Stammsitz in Schwertberg, Österreich, eine neue hydraulische Spritzgießmaschine der hydraulischen Maschinenbaureihe Victory entwickelt, die sich vor allem auf der Einspritzseite von einer herkömmlichen Spritzgießmaschine für die Kunststoffverarbeitung unterscheidet.

Hier entstehen Komponenten aus Amloy in einem vollautomatisierten Fertigungsprozess. Besonderes Augenmerk wurde auf das gleichmäßige Aufheizen der Amloy-Rohlinge gelegt. Die Einspritzgeschwindigkeit beträgt serienmäßig 1.000 Millimeter pro Sekunde und macht geringe Wanddicken möglich. Die Zykluszeit ist um bis zu 70 Prozent gegenüber bisherigen Lösungen zum Spritzgießen von amorphen Metallen reduziert; die benötigte Heizleistung reduziert sich um 40 bis 60 Prozent, was die Kosteneffizienz beim Spritzgießen von amorphen Metallen deutlich steigert.

In nur einem Arbeitsschritt entstehen aus den Amloy-Rohlingen in 60 bis 120 Sekunden ein oder mehrere Bauteile, abhängig von ihrer Größe und Geometrie. Eine manuelle Nachbearbeitung entfällt. Mit einer Oberflächenfeinheit von Ra 0,05 Mikrometer sind bei den meisten Anwendungen Nachbearbeitung, Polieren oder Veredelung überflüssig. Bauteile aus amorphem Metall aus dem Spritzguss weisen durch die Abwesenheit von Phasengrenzen eine spiegelähnliche Oberfläche auf und erreichen ohne jegliche Nachbehandlung eine elastische Dehnung von bis zu 1,8 Prozent.

»Amloy ist anderen Metallen und Legierungen in vielen Belangen überlegen.«

Vorteilhafte Eigenschaften

Vor der eigentlichen Entwicklung wurde auch dieses Projekt, wie heute fast unabdingbar, in allen Phasen eingehend simuliert. Dabei waren die vorgegebenen Toleranzen sehr eng bemessen. Amloy ist wegen seiner Materialeigenschaften laut Heraeus auch sehr gut für den 3D-Druck geeignet und soll den Anwendern ganz neue Möglichkeiten in der additiven Fertigung metallischer Bauteile bieten. Alle Amloy-Materialien und die Spritzgießmaschinen werden lizenzfrei angeboten.

Das Spritzgießen amorpher Metalle als endformnaher Herstellungsprozess ist dem Metal-Injection-Molding-Verfahren (MIM) samt der erforderlichen CNC-Bearbeitung überlegen, da sind sich die Beteiligten einig: Die Verarbeitung von Metall-Kunststoff-Pulver im MIM-Verfahren erfordert weitere Arbeitsschritte wie Entbindern und Sintern sowie eine aufwendige Wärmebehandlung, um die geforderten geringen Toleranzen zu erreichen. Der höhere Materialschrumpf in einer Größenordnung von 20 bis 40 Prozent gegenüber 0,5 Prozent beim Spritzguss beeinträchtigt die Reproduzierbarkeit. Zudem ist die CNC-Bearbeitung sehr zeitintensiv und verursacht viel Abfall. mkT

Infobox

Auf einen Blick

Über Engel Austria

Die Engel-Gruppe bietet Technologiemodule für die Kunststoffverarbeitung wie Spritzgießmaschinen für Thermoplaste und Elastomere sowie Automatisierung aus einer Hand, wobei auch einzelne Komponenten für sich angeboten werden. Mit neun Produktionswerken in Europa, Nordamerika und Asien sowie Niederlassungen und Vertretungen für über 85 Länder bietet Engel weltweite Unterstützung, um mit neuen Technologien und modernen Produktionsanlagen wettbewerbsfähig und erfolgreich zu sein.

Über Heraeus

Der Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit agierendes Portfoliounternehmen in Familienbesitz. Die Wurzeln des 1851 gegründeten Unternehmens reichen zurück auf eine seit 1660 von der Familie betriebene Apotheke.

Heraeus bündelt heute eine Vielzahl von Geschäften in den Feldern Umwelt, Energie, Elektronik, Gesundheit, Mobilität und industrielle Anwendungen. Im Geschäftsjahr 2017 erzielte Heraeus mit 13.000 Mitarbeitern in 40 Ländern einen Gesamtumsatz von 21,8 Milliarden Euro.

Über Amloy

Amorphe Metalle sind während des Gießprozesses in flüssigem Zustand eingefrorene Metalle. Die Abwesenheit von Korngrenzen ermöglicht ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, überdurchschnittliche Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität sowie isotropes Verhalten.

Aus diesem Grund sind metallische Gläser, wie amorphe Metalle auch genannt werden, hervorragend für eine hohe Anzahl von Hightech- Anwendungen geeignet. Sie sind energieabsorbierend und kratzfest, während sie gleichzeitig sehr gute elastische Eigenschaften haben – interessant für Anwendungen wie Einspritzdüsen, Membranen, Gehäuse für Endverbraucherelektronik oder Hochtonmembran für Lautsprecher.

Erschienen in Ausgabe: 04/2019
Seite: 56 bis 57