Schlanke Prozesse, hohe Fertigungstiefe

Die Serienfertigung komplexer Bauteile stellt hohe Anforderungen an Technologie, Effizienz und Qualität. Die Zimmer Group zeigt in einem aktuellen Projekt, wie sich der gesamte Prozess zur Herstellung eines Sensorbauteils zur Grenzstandmessung über einen Vibrationsgrenzschalter mit Schwinggabel inhouse abbilden lässt. Mit einem umfassenden Ansatz "alles aus einer Hand" demonstriert das Unternehmen, wie interdisziplinäres Know-how zu den gewünschten Ergebnissen führt.

Im Mittelpunkt standen von Beginn an die Anforderungen des Kunden: Die Schwinggabel sollte hochpräzise und kosteneffizient gefertigt werden. Die komplexe Geometrie machte konventionelle Verfahren ungeeignet – sie waren zu teuer, zu langwierig und zu unflexibel bei engen Toleranzen. Als Lösung bot sich Metallpulverspritzguss (Metal Injection Molding, MIM) an. Dieses Verfahren erlaubt die wirtschaftliche Herstellung komplexer Metallteile mit engen Toleranzen in großen Stückzahlen. Doch auch mit MIM war eine durchdachte Prozesskette nötig, um Effizienz und Qualität zu gewährleisten, mit moderner Technologie und interdisziplinärer Expertise. Das Projekt begann mit der Konstruktion des Spritzgusswerkzeugs. Langjährige Erfahrung im Werkzeugbau ermöglichte die hohe Präzision, die für das MIM-Verfahren entscheidend ist. Der sogenannte Feedstock, ein Gemisch aus Metallpulver und Kunststoff, wird in einer Spritzgussmaschine plastifiziert und in das Werkzeug eingespritzt. So entsteht das "Grünteil", das bereits die finale Form vorgibt.

Vollautomatische Entnahme

Bei Verfahren wie MIM stehen automatisierte Abläufe im Fokus. Die Entnahme der empfindlichen Grünteile erfolgt vollautomatisch durch die intern entwickelte Roboterzelle ZiMo. Diese ist mobil, kompakt und flexibel an verschiedenen Maschinen einsetzbar. Ausgestattet mit einem Greifer der Serie GP und 3D-gedruckten, temperaturstabilen Komponenten aus glasfaserverstärktem Polyamid, lassen sich auch heiße, empfindliche Grünteile sicher und ohne Beschädigung handhaben. Der Greifer wurde durch diese maßgeschneiderten Komponenten optimiert, sodass ein gleichzeitiges Greifen und Entnehmen des Werkstücks möglich ist.

Der nächste Schritt ist die Entfernung des Binders im Grünteil. Beim katalytischen Entbindern werden die noch empfindlichen Schwinggabeln im speziellen Ofen rauchender Salpetersäure ausgesetzt. Die Säure reagiert mit dem Kunststoffbestandteil des Feedstocks, der dann rückstandsfrei verbrannt wird. Übrig bleibt das sogenannte Braunteil, das nun eine poröse Struktur aufweist.

Im Sinterofen werden die Braunteile zunächst bei Temperaturen bis etwa 500 °C thermisch entbindert. Vereinfacht gesagt: Der Restbinder, der die feinen Metallpulverpartikel zusammenhält, wird thermisch zersetzt. Bei diesen Temperaturen fangen die Metallpulverpartikel an sich zu verbinden und bilden sogenannte Sinterhälse aus, die dem Bauteil Stabilität geben. Anschließend werden die Teile auf rund 1.350 °C erhitzt. Hierbei verdichten sich die Metallpartikel, die Poren schließen sich, und das Bauteil erreicht eine Dichte von über 97 % der theoretischen Materialdichte. Die Schwinggabel schwindet während dieses Prozesses um etwa 17 % und erhält dadurch ihre exakten Maße. Das Ergebnis ist ein Bauteil mit nahezu vollständiger Dichte und sehr guten mechanischen Eigenschaften.