DE19856783C1

DE19856783C1 - Selectively laser sintered multi-component part, e.g. a large die casting tool insert, is produced by slow binder outgassing and sintered product infiltration with a lower melting material in a hydrogen-free atmosphere

Info

Publication number: DE19856783C1
Application number: DE19856783A
Authority: DE
Inventors: Andreas Stettin
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2018-12-02

Abstract

Selectively laser sintered multi-component part production, by slowly heating for uniform binder outgassing and infiltrating the sintered product with a lower melting material in a hydrogen-free atmosphere, is new. Sintered metal parts are produced by building up layers of a starting powder of a metallic main component and a lower melting metal additive on a movable platform and laser heating the desired cross-sectional surface to effect binder outgassing and powder sintering while the parts are filled with or embedded in inert powder material. The novelty is that outgassing is effected uniformly by gradual temperature increase, the sintered product is infiltrated with a material of lower melting temperature than the low melting additive in a separate furnace and a hydrogen-free atmosphere is maintained during sintering and infiltration. Preferred Features: The main component is steel or nickel, the lower melting additive is copper and the infiltrant is bronze or copper-aluminum.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Sinterteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for manufacturing of metallic sintered parts according to the generic term of the main claim.

Im Stand der Technik ist beispielsweise das indirekte Lasersinterverfahren (SLS - Selective Laser Sinte ring) bekannt, bei dem der zu erstellende Körper in 3D-CAD-Daten aufgelöst wird, die gemäß einer zu wäh lenden Schichtdicke von typischerweise 0,1 bis 0,3 mm virtuell in Querschnittsflächen geteilt werden. In einer Vorrichtung zum Herstellen eines Formkörpers oder Grünteils wird pulverförmiges Ausgangsmaterial, beispielsweise kunststoffumhüllter Stahl mit einer Pulverwalze auf einer in z-Richtung verfahrbaren Bau plattform in einer ebenen Schicht aufgebracht. Ein Laserstrahl überstreicht die zu bauende Querschnitts fläche und erhitzt das Pulver dabei partiell so stark, daß der Kunststoffanteil angeschmolzen wird und umliegende Partikel miteinander verklebt. Diese geschieht über die gesamte Querschnittsfläche. Die nicht verklebten Bereiche bleiben rieselfähig und übernehmen eine Stützfunktion des entstehenden Bau teils. Nach jeder Schicht wird die Bauplattform um die Schichtdicke abgesenkt und mit Hilfe der Pulver walze wird neues Pulver aus dem Vorratsbehälter auf gebracht. In dieser Weise wird der Formkörper oder das Grünteil in Schichten hergestellt.In the prior art, for example, this is indirect Laser sintering process (SLS - Selective Laser Sinte ring) in which the body to be created in 3D CAD data is resolved according to one to choose layer thickness of typically 0.1 to 0.3 mm be virtually divided into cross-sectional areas. In a device for producing a shaped body or green part becomes powdery starting material, for example plastic-coated steel with a Powder roller on a structure that can be moved in the z direction platform applied in a flat layer. On Laser beam sweeps across the cross section to be built surface and partially heats the powder this way strong that the plastic portion is melted and surrounding particles glued together. This happens over the entire cross-sectional area. The areas that are not glued remain pourable and take on a supporting function of the emerging construction part. After each shift, the build platform turns around the layer thickness is reduced and with the help of the powder roller will add new powder from the storage container brought. In this way, the molded body or the green part made in layers.

Entsprechend dem Stand der Technik wird der herge stellte Formkörper bzw. das Grünteil mit einem was serlöslichen Kunststoff infiltriert, der dem Grünteil mehr Stabilität verschafft. Anschließend wird das in filtrierte Grünteil im Ofen bei ca. 50 bis 60°C ge trocknet. Der im Grünteil enthaltende Bindemittelan teil bzw. der Kunststoff wird in einem Folgeprozeß bei erhöhter Temperatur unter Stickstoff- und Wasser stoff-Atmosphäre ausgegast. Nach dem Ausgasen wird die Temperatur auf über 1000°C erhöht, wobei sich die Stahlpartikel durch Diffusion verbinden, d. h. die Partikel werden versintert. In die poröse Metall struktur wird anschließend bei noch höherer Tempera tur Kupfer oder Bronze infiltriert, in dem das schmelzflüssige Metall durch Kapillarwirkung vom Sin terteil "aufgesogen" wird. Üblicherweise steht das Sinterteil dabei im Schmelzbad, d. h. das Infiltrat wird um das Bauteil herum angeordnet oder auf einer Rampe postiert, von der es nach dem Schmelzen auf das Sinterteil zufließt. In Fig. 1 ist der Temperaturver lauf für die Herstellung des infiltrierten Sinter teils dargestellt. Das Massenverhältnis von Stahl zum Infiltrat beträgt im Fertigteil ca. 60% Stahl zu 40% Infiltrat. According to the state of the art, the molded body or green part produced is infiltrated with a water-soluble plastic which provides the green part with more stability. Then the filtered green part is dried in the oven at approx. 50 to 60 ° C. Part of the binder contained in the green part or the plastic is outgassed in a subsequent process at elevated temperature under nitrogen and hydrogen atmosphere. After degassing, the temperature is increased to over 1000 ° C, the steel particles combining by diffusion, ie the particles are sintered. Copper or bronze is then infiltrated into the porous metal structure at an even higher temperature, in which the molten metal is “sucked up” by capillary action from the sintered part. The sintered part is usually in the molten bath, ie the infiltrate is arranged around the component or placed on a ramp, from which it flows to the sintered part after melting. In Fig. 1 the Temperaturver course for the production of the infiltrated sinter is shown in part. The mass ratio of steel to infiltrate in the finished part is approx. 60% steel to 40% infiltrate.

Bei Untersuchungen von derart hergestellten Fertig teilen, die zur Herstellung von Modellen und Funkti onsteilen aus Metall bzw. von großen, geometrisch an spruchsvollen Druckgußwerkzeugeinsätzen dienen, wurde festgestellt, daß die Schrumpfung der Bauteile nach dem Kunststoffinfiltrationsprozess ca. 1%, nach der Kupferinfiltration ungefähr weitere 3% betrug. Dabei ergaben sich geometrisch bedingte Zonen, die das Zen trum der Schrumpfungsbewegung bestimmten. An den Schnittstellen dieser Zonen traten Risse auf. Die Ge nauigkeit der Geometrie wird ebenfalls durch nichtli neare Schrumpfungen beeinflußt. Es ließen sich auf waagerechten Flächen Ebenheitsabweichungen in der Mitte von ca. 1 mm bei 200 mm Länge feststellen.When examining finished products manufactured in this way share that for the production of models and functi on parts made of metal or large, geometrically to serve demanding die-casting tool inserts found that the shrinkage of the components after the plastic infiltration process approx. 1%, after the Copper infiltration was approximately a further 3%. Here there were geometrically determined zones that the Zen of the shrinkage movement. To the The intersections of these zones showed cracks. The Ge accuracy of the geometry is also not affects linear shrinkage. It let up horizontal surfaces deviations in flatness in the Determine the center of approx. 1 mm with a length of 200 mm.

Aus der US 5 745 834 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung metallischer Formteile bekannt, bei dem das SLS-Verfahren angewendet wird. In diesem Fall ist der Ausgangspunkt ein Stoffpulver, welches aus zwei metallischen und einer kunststoffartigen/polymeren Komponente besteht. Ein metallisches Pulver dient als Hauptkomponente, die beiden andren Pulver sind an teilig in kleinen Mengen vorhanden. Das zweite metal lische Pulver besitzt einen Schmelzpunkt, der niedri ger ist als der der Hauptkomponente. Der Kunststof fanteil der vorliegenden Pulvermischung wird wie in dem zuvor beschriebenen Verfahren aufgeschmolzen und somit schichtweise ein gewünschter Formkörper er stellt. Der Formkörper wird in einen Ofen gelegt und so auf eine Temperatur gebracht, daß der Bindemit telanteil bzw. Kunststoffanteil aus diesem entweichen kann. In einem weiteren Schritt wird die Temperatur erhöht, so daß diese oberhalb des Schmelzpunktes der zweiten metallischen Komponente, aber unterhalb des Schmelzpunktes der Hauptkomponente des metallischen Ausgangspulvers liegt und eine Sinterung in Bereichen des Formkörpers stattfindet. Um den Formkörper wäh rend dieses Vorgangs zu stützen und zu stabilisieren, ist dieser in ein Keramikpulver gelegt, welches die Eigenschaft besitzt, nicht an diesem anzuhaften bzw. keine Bindung mit diesem eingeht. Die flüssige Phase der metallischen Nebenkomponente fließt in offene Po ren des Formkörpers und verbindet die Hauptkomponente mit der Nebenkomponente. Um ein homogenes Gefüge, ei ne verringerte Porosität und eine damit verbundene hohe Festigkeit zu erzielen, muß der Formkörper unter Temperatureinwirkung gepreßt werden und in eine dafür vorgesehene Form gedrückt werden, die der Bauteilgrö ße entsprechen muß. Dadurch ergibt sich für große Bauteile ein hoher apparativer Aufwand, um einen Formkörper mit einer gewünschten Festigkeit herzu stellen.Another method is known from US Pat. No. 5,745,834 Manufacture of metallic moldings known in which the SLS procedure is applied. In this case the starting point is a fabric powder, which consists of two metallic and a plastic-like / polymer Component exists. A metallic powder serves as Main component, the other two powders are on partly available in small quantities. The second metal Powder has a melting point that is low is greater than that of the main component. The plastic Fan part of the present powder mixture is as in the previously described process melted and thus a desired molded article in layers poses. The molded body is placed in an oven and brought to a temperature such that the bindemite Part or plastic part escaping from it can. In a further step the temperature increased so that this is above the melting point of the second metallic component, but below the Melting point of the main component of the metallic Starting powder lies and a sintering in areas of the molded body takes place. Select the molded body to support and stabilize this process, is placed in a ceramic powder, which the Has the property of not adhering to it or no commitment to this. The liquid phase the metallic secondary component flows into the open bottom ren of the molded body and connects the main component with the secondary component. To a homogeneous structure, ei ne reduced porosity and an associated To achieve high strength, the molded body must Temperature effects are pressed and in one for it intended shape can be pressed, the component size must match. This results in large Components require a lot of equipment to make a Shaped body with a desired strength put.

Die mit diesen Verfahren nach dem Stand der Technik herzustellende derzeitige maximale Größe von Bautei len wird nicht nur durch den Maschinenbauraum, son dern auch durch die Schrumpfung bestimmt, wobei die maximale Größe nach dem beschriebenen Stand der Tech nik ca. zwischen 2.500 und 3.500 cm³ liegt, aller dings auch geometrieabhängig ist.The current maximum size of components to be produced with these methods according to the state of the art is determined not only by the mechanical space, but also by the shrinkage, the maximum size according to the state of the art described being approximately between 2,500 and 3,500 cm ³ lies, however, is also geometry dependent.

Weiterhin hat sich gezeigt, daß die mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellten Bauteile nach der Infiltration einen trapezförmigen Quer schnitt, sowohl in der Seitenansicht als auch in der Draufsicht aufwiesen. Es wird vermutet, daß die Bau teile am Eintritt des ersten Infiltrationsstroms durch die Sogwirkung des Kapillareffekts verformt werden.Furthermore, it has been shown that the method Components manufactured according to the state of the art a trapezoidal cross after infiltration cut, both in the side view and in the Top view. It is believed that the construction divide at the entry of the first infiltration stream deformed by the suction effect of the capillary effect become.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Sintertei len zu schaffen, mit dem auch große Bauteile ohne Risse und minimalen geometrischen Verformungen herge stellt werden können.The invention is therefore based on the object Process for the production of metallic sintered egg len with which even large components without Cracks and minimal geometric deformations can be put.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale im Hauptanspruch in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff gelöst.This object is achieved by the kenn drawing features in connection with the main claim solved with the features in the preamble.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Bauteile in einer Größe fehlerfrei hergestellt werden, die nur durch den Maschinenbauraum der ver wendeten Maschine begrenzt wurde. Bei einem Bauteil mit 42 kg (maximales Gewicht eines Bauteiles nach dem Stand der Technik beträgt 17 kg) betrug die gemessene Ebenheitsabweichung nur 0,3 mm und die Differenz zweier gegenüberliegender Seiten betrug weniger als 0,3 mm, wobei das Bauteil keine Risse aufwies.By using the method according to the invention can produce components in one size without errors be that only through the mechanical engineering space of ver used machine was limited. For a component with 42 kg (maximum weight of a component after State of the art is 17 kg) was the measured Flatness deviation only 0.3 mm and the difference two opposite sides was less than 0.3 mm, whereby the component showed no cracks.

Dadurch, daß das dann vorhandene Grünteil in der Aus gasungsphase extrem langsam aufgeheizt wird (unter 0,5 K/min für die Steuertemperatur der Heizstäbe) können die Schrumpfungsbewegungen im Bauteil homogen verlaufen, so daß eine gleichmäßige Schrumpfung durch das gesamte Bauteil auftritt. Durch Einbetten des Grünlings in der Ausgasungs- und Sinterphase in ein Pulver, das keine Verbindung mit dem Bauteil eingeht, wird das langsame Aufheizen in der Ausgasungsphase unterstützt, wobei zusätzlich das Pulver, vorzugswei se Keramikpulver während der labilen Phase zwischen dem Ausgasen und dem Sintern eine Stützfunktion über nimmt.The fact that the green part then in the off is heated extremely slowly (under 0.5 K / min for the control temperature of the heating elements) the shrinking movements in the component can be homogeneous run so that a uniform shrinkage through the entire component occurs. By embedding the Green bodies in the outgassing and sintering phase in one Powder that does not bond with the component, is the slow heating in the outgassing phase supported, with the powder, preferably two Ceramic powder during the unstable phase between outgassing and sintering a supporting function takes.

Durch Verwendung eines Mehrstoffsystems als Ausgangs pulver, im vorliegenden Fall Stahl und Kupfer, wird der Sintervorgang und die Erzeugung eines mechanisch und thermisch stabilen Sinterbraunlings dahingehend unterstützt, daß entsprechend der gewählten Zusammen setzung des Mehrstoffsystems eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Partikeln entsteht, im vor liegenden Fall durch Schmelzen des Kupfers und Bil dung von Eisen-Kupfer-Mischkristallen.By using a multi-component system as an output powder, in the present case steel and copper the sintering process and the generation of a mechanical and thermally stable sintered brown parts in this regard supports that according to the chosen together setting of the multi-component system a cohesive Connection between the particles arises in front lying case by melting the copper and bil formation of iron-copper mixed crystals.

Durch die Durchführung des Infiltrierschrittes in ei nem zweiten Ofenprozeß, kann die Temperatur des Sin terprozesses höher gewählt werden, da beim Sintern nicht auf das Infiltratmaterial geachtet werden muß. Eine Schwellung der kupferhaltigen Werkstoffe wird vermieden, da erfindungsgemäß die Atmosphäre beim Sintern und beim Infiltrieren wasserstofffrei gehal ten wird, so daß die Diffusion des Wasserstoffs in den Werkstoff minimiert wird.By performing the infiltration step in egg nem second furnace process, the temperature of the Sin higher process because sintering no need to pay attention to the infiltrate material. There will be a swelling of the copper-containing materials avoided because according to the invention the atmosphere at Sintering and hydrogen-free when infiltrating is so that the diffusion of the hydrogen in the material is minimized.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der nachfol genden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe process according to the invention is described in the following description with reference to the beige added drawings explained in more detail. Show it

Fig. 1 ein Temperatur-Zeit-Diagramm der Temperatur der Heizstäbe des bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik verwendeten elektrisch beheizten Ofens für das Ausgasen, Sintern und Infil trieren, Fig. 1 of the trate a temperature-time graph of the temperature of the heating elements used in the method according to the prior art electrically heated furnace for the degassing, sintering and Infil,

Fig. 2a ein Temperatur-Zeit-Diagramm der Temperatur der Heizstäbe für das Ausgasen und Sintern beim erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 2a shows a temperature-time graph of the temperature of the heating elements for outgassing and sintering process of the invention,

Fig. 2b ein Temperatur-Zeit-Diagramm für das Infil trieren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, FIG. 2b shows a temperature-time diagram for the Infil serve at the inventive method,

Fig. 3 einen Druckgußwerkzeugeinsatz, hergestellt nach dem Verfahren nach dem Stand der Tech nik, Fig. 3 nik a Druckgußwerkzeugeinsatz, prepared by the method according to the prior Tech,

Fig. 4 einen Druckgußwerkzeugeinsatz, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei blanke Flächen mechanisch bearbeitete Test flächen sind, und Fig. 4 shows a die-casting tool insert, produced by the method according to the invention, bare surfaces being machined test surfaces, and

Fig. 5 die schematische Darstellung einer Lasersin termaschine zur Herstellung eines Grünteils nach dem Stand der Technik. Fig. 5 is a schematic representation of a laser sintering machine for producing a green part according to the prior art.

Entsprechend Fig. 5 wird ein Grünteil aus einem pul verförmigen Ausgangsmaterial 1 hergestellt, das in Behältern 2 aufgenommen ist. Eine Bauplattform 3 ist in z-Richtung absenkbar und bildet mit der Oberfläche einer Arbeitsplatte 4 einen Hohlraum, der von einer über die Oberfläche rollende Pulverwalze 5 mit einem Pulverbett 6 gefüllt wird. Ein Laser 7 sendet einen Laserstrahl aus, der von einem dynamischen Spiegel 8 so gesteuert wird, daß er die Oberfläche des Pulver betts 6 überstreicht und die Partikel des Pulverbet tes 6 anschmilzt, derart, daß sie sich miteinander verbinden. Mit der dargestellten Vorrichtung wird schichtweise ein Grünteil aufgebaut.According to FIG. 5, a green part from a pulverulent starting material 1 is prepared, which is incorporated in containers 2. A construction platform 3 can be lowered in the z direction and forms with the surface of a worktop 4 a cavity which is filled with a powder bed 6 by a powder roller 5 rolling over the surface. A laser 7 emits a laser beam, which is controlled by a dynamic mirror 8 so that it passes over the surface of the powder bed 6, and the particles of the Pulverbet tes 6 starts to melt, so that they bond to one another. With the device shown, a green part is built up in layers.

Das pulverförmige Ausgangsmaterial für das erfin dungsgemäße Verfahren, das von der Pulverwalze verar beitet wird, besteht aus einem Gemisch aus einer Hauptkomponente, die als kunststoffumhüllter ferriti scher Stahl gewählt ist und einer Beimengung als Bin dephase, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als Stahl aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird etwa 10% Kupfer verwendet. Es sind jedoch auch andere Gemische (z. B. als Hauptkomponente austenitischer Stahl oder Nickel) möglich, wobei insbesondere auch auf eine Kunststoffumhüllung der Metallpartikel ver zichtet werden kann. The powdered raw material for the inventions process according to the invention which is processed by the powder roller processed, consists of a mixture of one Main component, which is called plastic-coated ferriti shear steel is selected and an admixture as a bin dephase which has a lower melting point than steel having. In the present embodiment about 10% copper is used. However, there are others Mixtures (e.g. as the main component of austenitic Steel or nickel) possible, in particular also ver on a plastic coating of the metal particles can be waived.

Aus dem Grünteil wird anschließend ein Sinterrohling erzeugt, wobei der Grünling bzw. das Grünteil in ei nen Tiegel gestellt, der vollständig mit Keramikpul ver bedeckt wird. Der Grünling wird dabei im Tiegel auf eine möglichst glatte Keramikplatte gestellt, die eine chemische Reaktion zwischen dem Grünteil und dem Tiegel, der üblicherweise aus Graphit besteht, zu verhindern. Der Tiegel mit dem im Keramikpulver ein gebetteten Grünling wird in einem elektrischen Ofen mit Heizstäben aufgeheizt, wobei in Fig. 2a die Heiz kurve, d. h. die Steuertemperatur der Heizstäbe darge stellt ist. Fig. 1 zeigt die Heizkurve bei dem Ver fahren nach dem Stand der Technik. Wie zu erkennen ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Ausgasungsphase sehr viel langsamer aufgeheizt (Fig. 2a) als im Stand der Technik (Fig. 1). Das Aufheizen geschieht mit einer Temperaturänderung von unter 0,5 K/min., wobei aus Fig. 2a zu erkennen ist, daß an fänglich mit 1,5 K/min. bis 180°C etwa zwei Stunden aufgeheizt wird, worauf dann die Heiztemperatur auf 0,18 K/min. eingestellt wird, wobei nach etwa 25 Stunden 450°C erreicht wird. Die Figuren sind aus drücklich in der Offenbarung eingeschlossen.A sintered blank is then produced from the green part, the green part or the green part being placed in a crucible which is completely covered with ceramic powder. The green body is placed in the crucible on a ceramic plate that is as smooth as possible, which prevents a chemical reaction between the green part and the crucible, which usually consists of graphite. The crucible with the green body embedded in the ceramic powder is heated in an electric oven with heating elements, the heating curve in FIG. 2a, ie the control temperature of the heating elements, being shown. Fig. 1 shows the heating curve in the United drive according to the prior art. As can be seen, the process according to the invention heats up much more slowly in the outgassing phase ( FIG. 2a) than in the prior art ( FIG. 1). The heating takes place with a temperature change of less than 0.5 K / min. It can be seen from Fig. 2a that initially at 1.5 K / min. is heated to 180 ° C for about two hours, whereupon the heating temperature to 0.18 K / min. is set, reaching 450 ° C after about 25 hours. The figures are expressly included in the disclosure.

Durch das extrem langsame Aufheizen in der Ausgangs gasungsphase verlaufen die Schrumpfungsbewegungen im Bauteil homogen. Das Ausgasen bzw. das Abbrennen der aus dem Bauteil austretenden Gase geschieht unter Verwendung von Wasserstoff. Auch das Keramikpulver, in das das Bauteil eingebettet ist, unterstützt die Homogenisierung des Schrumpfungsvorganges, wobei es zusätzlich eine Stützfunktion während der labilen Pha se zwischen dem Ausgasen (200 bis 600°C) und dem Sin tern (ab 700°C) übernimmt. Durch die Beigabe des Kup fers im pulverförmigen Ausgangsmaterial wird die Schrumpfung durch die Volumenzunahme der Fe-Cu Misch kristalle teilweise ausgeglichen. Vor allem aber ent steht durch das Kupfer nach dessen Schmelzen und Er starren eine feste, stoffschlüssige Verbindung zwi schen den Stahlpartikeln.Due to the extremely slow heating in the exit the shrinking movements in the gasification phase Component homogeneous. The outgassing or burning down of the Gases emerging from the component happen under Use of hydrogen. Even the ceramic powder, in which the component is embedded supports the Homogenization of the shrinkage process, it additionally a support function during unstable pha se between outgassing (200 to 600 ° C) and Sin tern (from 700 ° C) takes over. By adding the Kup he in the powdery starting material Shrinkage due to the volume increase of the Fe-Cu mix crystals partially balanced. But above all ent stands by the copper after its melting and Er stare a firm, integral connection between between the steel particles.

Anschließend an das Ausgasen wird die Temperatur im Ofen weiter erhöht, wobei im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel aufgrund der Vorgabe des Ofens die ma ximale Sintertemperatur nur 1120°C beträgt. Vorzugs weise ist jedoch die Sintertemperatur höher zu wäh len, z. B. 1300°C, da dadurch das Ergebnis weiter ver bessert wird.After degassing, the temperature in the Oven increased further, in the embodiment shown Example based on the specification of the oven The maximum sintering temperature is only 1120 ° C. Preferential however, the sintering temperature should be selected higher len, e.g. B. 1300 ° C, as this further ver the result is improved.

Nach dem Sintern wird, wie Fig. 2a zeigt, der Ofen abgeschaltet und der Sinterrohling nach dem Abkühlen her ausgenommen.After sintering, as shown in FIG. 2a, the furnace is switched off and the sintered blank is removed after cooling.

Der Sinterrohling kann gut mechanisch bearbeitet wer den, beispielsweise werden in dem beschriebenen Zu stand die verfahrensbedingten Schichtstufen abge schliffen. Die Festigkeit des Sinterrohlings gewähr leistet eine deutlich verbesserte Stabilität bei der nachfolgenden Infiltration, die um so höher ist, de sto geringer die Infiltrationstemperatur ist.The sintered blank can be machined well the, for example, are described in the To the process-related shift levels were removed grind. Ensure the strength of the sintered blank provides significantly improved stability in the subsequent infiltration, the higher the de the lower the infiltration temperature.

Während des Sinterschrittes im Ofen, d. h. bei Tempe raturen ab 600°C wird die Atmosphäre im Ofen wasser stofffrei gehalten, wobei der Ofen mit Stickstoff oder Argon gespült wird oder ein Vakuum im Ofen her gestellt wird. Auf diese Weise wird eine Schwellung der kupferhaltigen Werkstoffe vermieden.During the sintering step in the furnace, i. H. at Tempe At temperatures above 600 ° C, the atmosphere in the furnace becomes water kept substance-free, using the oven with nitrogen or purging argon or vacuuming in the oven is provided. This will cause a swelling of copper-containing materials avoided.

Für die Infiltration wird der Sinterrohling auf den "Kopf" gestellt, d. h. die Formhohlräume des Sinter rohlings zeigen nach unten. Die Hohlräume werden mit Keramikpulver ausgefüllt und der gesamte Sinterroh ling wird wiederum in Keramikpulver eingebettet, so daß nur noch der nach oben weisende Boden frei bleibt. Das Infiltrationsmaterial wird dann auf dem nach oben liegenden Boden plaziert, und die so reali sierte Anordnung wird in dem Ofen in einem zweiten, vom Sinterschritt getrennten Ofenprozeß entsprechend der Temperaturkurve nach Fig. 2b aufgeheizt. Das In filtrationsmaterial, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der niedrigste Schmelzpunkt des Ausgangspul vers, in Ausführungsbeispiel Kupfer, kann beispiels weise Bronze oder Kupfer-Aluminium sein. Das Material wird abhängig vom Verwendungszweck und von den not wendigen mechanischen Eigenschaften gewählt.For the infiltration, the sintered blank is turned upside down, ie the mold cavities of the sintered blank point downwards. The cavities are filled with ceramic powder and the entire sintered blank is in turn embedded in ceramic powder, so that only the upward-pointing floor remains free. The infiltration material is then placed on the top floor, and the arrangement thus realized is heated in the furnace in a second furnace process separate from the sintering step in accordance with the temperature curve according to FIG. 2b. The filtration material, the melting point of which is lower than the lowest melting point of the starting powder, copper in the exemplary embodiment, can be, for example, bronze or copper-aluminum. The material is selected depending on the intended use and the necessary mechanical properties.

Das auf dem Sinterrohling liegende Infiltrationsmate rial schmilzt und dringt in die Poren des Sinterroh lings ein bzw. wird von dem Sinterrohlings "aufgeso gen". Dabei wird die Porosität des Sinterrohlings be seitigt. Auch der Infiltrationsvorgang findet bei ei ner wasserstofffreien Atmosphäre statt. Die Tempera turen und die Zeiten sind wiederum der Fig. 2b zu entnehmen.The infiltration material lying on the sintered blank melts and penetrates into the pores of the sintered blank or is "soaked up" by the sintered blank. The porosity of the sintered blank is eliminated. The infiltration process also takes place in a hydrogen-free atmosphere. The tempera tures and times are again shown in Fig. 2b.

In den Fig. 3 und 4 sind die Ergebnisse des Verfah rens nachdem Stand der Technik und des erfindungsge mäßen Verfahrens anhand eines Druckgußwerkzeugeinsat zes mit einer Masse von ca. 22 kg dargestellt, wobei beide Einsätze mit Bronze infiltriert wurden. In Fig. 3 ist zu erkennen, daß zahlreiche Risse aufgetreten sind, während bei dem Druckgußwerkzeugeinsatz ein Satz nach Fig. 4 keine Risse auftraten, was insbeson dere auch an den blanken mechanischen Testflächen zu erkennen ist.In FIGS. 3 and 4 are the results of the procedural proceedings of the prior art and the erfindungsge MAESSEN method based on a Druckgußwerkzeugeinsat zes shown kg with a mass of about 22, both inserts were infiltrated with bronze. In Fig. 3 it can be seen that numerous cracks have occurred, while no cracks occurred in the die-casting tool set according to Fig. 4, which is particularly evident on the bare mechanical test surfaces.

Claims

1. A process for the production of metallic Sin terteile, in which a molded body is built up in layers, powdery starting material, which is a multi-material system consisting of a metallic main component and at least one metallic admixture, which has a lower melting point than the main component, and which a movable platform is applied in flat layers, the surface to be built is heated by means of a laser beam in such a way that the particles of the powdery starting material are at least partially glued to one another, the binder components contained in the molding are degassed at elevated temperature and the particles by sintering with each other, the molded body during outgassing and sintering and the mold cavities of the sintered blank and the latter itself being filled with powdered material or completely embedded in it, which is not a compound dung with the shaped body to be sintered or the Sin terrohling, characterized in that the outgassing is carried out with a slow increase in the outgassing temperature, such that the shaped body outgasses uniformly and that after sintering in a second separate furnace process the resulting sintered blank from an infiltration material is infiltrated, the melting point of which is lower than that of the at least one admixture of the powdery starting material and the atmosphere is kept free of hydrogen during the sintering and infiltration.

2. The method according to claim 1, characterized in net that the outgassing at a temperature rose from below 0.5 K / min. is carried out.

3. The method according to claim 1 or claim 2, because characterized in that the main component Steel or nickel and admixture with one lower melting point than the main component Copper is.

4. The method according to claim 3, characterized in net that the proportion of copper is about 10%.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, there characterized in that the molded body or powdery surrounding the sintered blank Material that has no connection with this one goes, ceramic powder is.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, there characterized in that the sintered blank before the infiltration is processed mechanically.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, there characterized in that the sintering temperature greater than 1100 ° C, preferably at 1300 ° C ge is chosen.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, there characterized in that the sintered blank at Infiltrate is set up so that the Point mold cavities down.

9. The method according to claim 8, characterized in net that the sintered blank with the bottom after is placed above and the infiltration material is placed on the floor.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, there characterized in that the molded body for the Outgassing and sintering on a smooth ceramic plate is placed.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, there characterized in that as an infiltration mat rial bronze or copper-aluminum is selected.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, there characterized in that the atmosphere during sintering from 600 ° C and during infiltration rens is kept hydrogen-free and with Nitrogen or argon is purged or as Va vacuum is formed.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, there characterized in that the main component is plastic coated.