Neues britisches HIP-Zentrum zur gezielten Wärmebehandlung für den Metall-3D-Druck

May 03, 2024

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Mit der zunehmenden Verbreitung der additiven Metallfertigung (AM) im industriellen Bereich haben Nachbearbeitungstechnologien ihr eigenes Wachstum im 3D-Drucksektor erlebt. Dazu gehört die entscheidende Technologie des heißisostatischen Pressens (HIP), die oft notwendig ist, um die mechanischen und strukturellen Eigenschaften von 3D-gedruckten Metallteilen zu verbessern. Um die durch AM vorangetriebene Expansion der Metallverarbeitung zu demonstrieren, wird die britische Wallwork Group im September 2023 ein HIP-Zentrum in Bury, North Manchester, eröffnen.

Das Herzstück des HIP-Centers von Wallwork wird ein QIH 173L M URC des schwedischen Herstellers Quintus Technologies sein, der für die Hochleistungsmaterialverarbeitung optimiert ist. Diese Presse ist für den Betrieb bei einer maximalen Temperatur von 1250 °C und einem Druck von 207 MPa ausgelegt, mit einer Arbeitszone von 800 mm Durchmesser und 2550 mm Höhe und einer Kapazität von über 7000 kg pro Zyklus. Das System verfügt außerdem über Quintus Dank der proprietären Uniform Rapid Cooling (URC) von Technologies eignet es sich besonders gut für geschäftskritische Anwendungen, bei denen die Materialgleichmäßigkeit Priorität hat.

Ein Rendering des ersten HIPs von Wallwork, das derzeit installiert wird.

HIP wird üblicherweise bei der Verdichtung von Metallguss- und Schmiedeteilen eingesetzt. Es trägt dazu bei, innere Porosität zu beseitigen und verbessert die allgemeinen mechanischen Eigenschaften der Guss- oder Schmiedeteile. Mit dem Eintritt der additiven Fertigung in das Industriezeitalter wurden dieselben Vorteile auch auf den 3D-Drucksektor übertragen.

Eine der größten Herausforderungen beim Metall-3D-Druck ist die Bildung von Poren oder Hohlräumen in gedruckten Teilen. Diese Poren können die mechanischen Eigenschaften der Endkomponenten erheblich verschlechtern und sie für geschäftskritische Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt oder medizinische Implantate ungeeignet machen.

HIP begegnet diesem Problem, indem es hohe Temperaturen und isotropen Druck anwendet, um das Material vollständig zu verdichten und so die Porosität effektiv zu beseitigen oder zu minimieren. Darüber hinaus sorgt der isotrope Druck dafür, dass die mechanischen Eigenschaften im gesamten Bauteil gleichmäßig sind. Dies ist besonders wichtig für Teile, die in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen sie mehrachsigen Belastungen ausgesetzt sind und über einen längeren Zeitraum zuverlässig funktionieren müssen.

HIP beseitigt nicht nur Porosität, sondern führt auch zu einer Verbesserung verschiedener Materialeigenschaften wie Dauerfestigkeit, Duktilität und Bruchzähigkeit. Dies macht HIP-behandelte Teile zuverlässiger und langlebiger und erweitert ihre Anwendbarkeit in Umgebungen mit hoher Belastung. Da 3D-gedruckte Komponenten darüber hinaus komplizierte Geometrien aufweisen können, die möglicherweise schwer zu bearbeiten sind, ermöglicht HIP ihre Verarbeitung zu endkonturnahen Formen, ohne dass umfangreiche Nachbearbeitungsschritte wie maschinelle Bearbeitung oder Schleifen erforderlich sind. Dies kann zu Kosteneinsparungen führen und den gesamten Produktionsprozess rationalisieren.

Abgesehen von den oft notwendigen Vorteilen, die HIP für 3D-gedruckte Metallteile mit sich bringt, können die durch HIP erzielten verbesserten Materialeigenschaften die Verwendung neuer Arten von Legierungen oder Materialkombinationen ermöglichen, die bisher für bestimmte Anwendungen als ungeeignet galten. Dies eröffnet neue Wege für Innovationen in der Materialwissenschaft im Bereich der additiven Fertigung.

Die Wallwork Group ist ein Unternehmen für thermische Behandlung und physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), das eine Reihe von Dienstleistungen anbietet, darunter Wärmebehandlungen, Vakuumlöten und PVD-Beschichtungen. Das HIP Center ist Teil der umfassenderen strategischen Investition der Wallwork Group zur Erweiterung ihrer thermischen Verarbeitungskapazitäten. Bei einem Gesamtengagement von 20 Millionen Pfund über einen Zeitraum von fünf Jahren ist allein das Bury HIP Centre eine Investition von 10 Millionen Pfund. Diese Erweiterung ist eine Reaktion auf den aufstrebenden 3D-Drucksektor.

Im neuen 2500 Quadratmeter großen HIP-Zentrum, das die HIP-Kapazität in Großbritannien erheblich erweitern soll.

Quintus Technologies ist ein in Schweden ansässiger, weltweit führender Anbieter von Hochdrucktechnologie, der sich auf die Verdichtung fortschrittlicher Materialien, die Blechumformung sowie die Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung spezialisiert hat. Mit 300 Mitarbeitern erzielte das Unternehmen im Jahr 2022 einen Umsatz von 1,2 Milliarden SEK und ist in 45 Ländern vertreten. Quintus ist seit 1953 in Betrieb, hat 1.900 Hochdrucksysteme in verschiedenen Sektoren geliefert, darunter Energie, medizinische Implantate, Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie, und hält verschiedene Patente in diesem Bereich.

Als führender Akteur im HIP-Bereich hat Quintus seine Rolle im 3D-Druck stetig ausgebaut und wichtige AM-Benutzer wie Sintavia und Burloak gewonnen. Im Fall von Burloak beispielsweise gab das Unternehmen an, dass die interne Nutzung von HIP nicht nur die Durchlaufzeiten verkürzt, sondern auch die Qualitätskontrolle verbessert habe. Burloak wendet HIP hauptsächlich auf Aluminium, Titan und einigen Legierungen mit hohem Nickelgehalt an.

„Als Branchenführer im Hochdruckbereich seit über 70 Jahren beobachten wir, dass der Bedarf an heißisostatischem Pressen stetig zunimmt“, sagte Jan Söderström, CEO von Quintus Technologies. „Wallwork hat ein solides Verständnis für den Wert dieses Prozesses und wir legen einen ähnlichen Fokus auf kundenorientierte Problemlösung und langfristige Lieferantenpartnerschaften. Wir freuen uns sehr über die Einrichtung ihres HIP-Zentrums, bei dem unsere Technologie im Mittelpunkt steht.“

David Loughlin, Wallwork HIP Business Manager, kommentierte: „HIP ist äußerst effizient bei der Entfernung der Porosität von AM-Teilen, die aus Metallpulvern hergestellt werden. Dieser Verdichtungsprozess ist oft die einzige Möglichkeit für AM-Gebäude, ihr sicherheitskritisches Potenzial auszuschöpfen.“

Neben der additiven Fertigung wird die QIH 173L-Presse verschiedene Branchen bedienen, die Verdichtungsprozesse benötigen. Dazu gehören Gussteile, Schmiedeteile und subtraktiv gefertigte Komponenten. Aufgrund des Einsatzes von HIP in einer Reihe von AM-nahen Sektoren oder Industrien, in denen die Technologie immer häufiger eingesetzt wird, können wir uns jedoch ein weiteres symbiotisches Wachstum vorstellen.

HIP wird beispielsweise zur Herstellung von Hochleistungskeramik und Verbundwerkstoffen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, zur Verarbeitung medizinischer Implantate, zum Abdichten und Einkapseln von Elektronik sowie zur Herstellung von Teilen für Kernreaktoren und Windkraftanlagen verwendet. Es sollte daher keine Überraschung sein, dass Quintus und andere Wärmebehandlungsunternehmen vom Nachbearbeitungsboom profitieren werden, der laut dem Bericht „Post-Processing for Additive Manufacturing: Market Analysis and Forecast“ bis 2031 einen Umsatz von 1,8 Milliarden US-Dollar erreichen wird von SmartTech Analysis.

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