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Gas Analysis and Optimization of Debinding and Sintering Processes for Metallic Binder-Based AM*

  • Binder-based additive manufacturing processes for metallic AM components in a wide range of applications usually use organic binders and process-related additives that must be thermally removed before sintering. Debinding processes are typically parameterized empirically and thus far from the optimum. Since debinding based on thermal decomposition processes of organic components and theBinder-based additive manufacturing processes for metallic AM components in a wide range of applications usually use organic binders and process-related additives that must be thermally removed before sintering. Debinding processes are typically parameterized empirically and thus far from the optimum. Since debinding based on thermal decomposition processes of organic components and the subsequent thermochemical reactions between process atmosphere and metal powder materials make uncomplicated parameterization difficult, in-situ instrumentation was introduced at Fraunhofer IFAM. This measurement method relies on infrared spectroscopy and mass spectrometry in various furnace concepts to understand the gas processes of decomposition of organic components and the subsequent thermochemical reactions between the carrier gas atmosphere and the metal part, as well as their kinetics. This method enables an efficient optimization of the temperature-time profiles and the required atmosphere composition to realize dense AM components with low contamination. In the paper, the optimization strategy is presented, and the achievable properties are illustrated using a fused filament fabrication (FFF) component example made of 316L stainless steel.show moreshow less
  • Bindemittelbasierte additive Fertigungsverfahren für metallische AM-Bauteile in einer Vielzahl von Anwendungen verwenden in der Regel organische Bindemittel und prozessbedingte Additive, die vor dem Sintern thermisch entfernt werden müssen. Die Entbinderungsprozesse sind typischerweise empirisch parametrisiert und damit weit vom Optimum entfernt. Da Entbinderungsprozesse, die auf thermischenBindemittelbasierte additive Fertigungsverfahren für metallische AM-Bauteile in einer Vielzahl von Anwendungen verwenden in der Regel organische Bindemittel und prozessbedingte Additive, die vor dem Sintern thermisch entfernt werden müssen. Die Entbinderungsprozesse sind typischerweise empirisch parametrisiert und damit weit vom Optimum entfernt. Da Entbinderungsprozesse, die auf thermischen Zersetzungsprozessen organischer Komponenten und den anschließenden thermochemischen Reaktionen zwischen Prozessatmosphäre und metallischen Pulverwerkstoffen beruhen, eine unkomplizierte Parametrierung erschweren, wurde am Fraunhofer IFAM eine in-situ-Messtechnik eingeführt. Diese Messmethode stützt sich auf Infrarotspektroskopie und Massenspektrometrie in verschiedenen Ofenkonzepten, um die gasförmigen Zersetzungsprozesse der organischen Komponenten und die nachfolgenden thermochemischen Reaktionen zwischen Schutzgasatmosphäre und Metallteil sowie deren Kinetik zu verstehen. Diese Methode ermöglicht eine effiziente Optimierung der Temperatur-Zeit-Profile und der erforderlichen Atmosphärenzusammensetzung, um dichte AM-Bauteile mit geringer Kontamination zu realisieren. In dem Beitrag wird die Optimierungsstrategie vorgestellt und die erreichbaren Eigenschaften werden am Beispiel eines Fused Filament Fabrication (FFF)-Bauteils aus Edelstahl 316L illustriert.show moreshow less

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Metadaten
Document Type:Article (reviewed)
Title (English):Gas Analysis and Optimization of Debinding and Sintering Processes for Metallic Binder-Based AM*
Title Additional (German):Gasanalyse und Optimierung von Entbinderungs- und Sinterprozessen für Metallische Binderbasierte Additive Fertigung
Author:Alexander Strauss, Peter QuadbeckGND, Olaf Andersen, Sebastian Riecker, Thomas Weißgärber
Year of Publication:2022
Publisher:De Gruyter
First Page:437
Last Page:448
Parent Title (English):HTM - Journal of Heat Treamtment and Materials
Volume:77
Issue:6
ISSN:1867-2493 (Print)
ISSN:2194-1831 (Online)
DOI:https://doi.org/10.1515/htm-2022-1033
URL:https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/htm-2022-1033/html
Language:English
Institutes:Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019)
Institutes:Bibliografie
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Tag:Binder-basiertes AM; Entbinderung; Infrarot-Spektroskopie; Ofenparametrisierung; Prozessatmosphären
Binder-based AM; debinding; furnace parameterization; infrared spectroscopy; process atmosphere
Open Access: Closed 
promoted by (textarea):Europäischer Fonds für regionale Entwicklung EFRE, Sächsische AufbauBank
Relevance:Wiss. Zeitschriftenartikel reviewed: Sonstiger Nachweis des Review-Verfahrens
Licence (German):License LogoUrheberrechtlich geschützt