{"id":61127,"date":"2025-02-06T00:01:53","date_gmt":"2025-02-05T23:01:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=61127"},"modified":"2025-02-05T12:44:18","modified_gmt":"2025-02-05T11:44:18","slug":"gluehen-vs-heissisostatisches-pressen-waermebehandlung-060220251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/gluehen-vs-heissisostatisches-pressen-waermebehandlung-060220251\/","title":{"rendered":"Gl\u00fchen vs hei\u00dfisostatisches Pressen: Welche W\u00e4rmebehandlung f\u00fcr welchen Fall?"},"content":{"rendered":"

Mit der fortschreitenden Industrialisierung der additiven Fertigung<\/a> gewinnt die Nachbearbeitung immer mehr an Bedeutung. In dieser kritischen Phase k\u00f6nnen die Anwender die Teile verbessern, indem sie sie fester und dichter machen oder ihnen sogar bestimmte Eigenschaften verleihen, um sicherzustellen, dass sie f\u00fcr wichtige Endanwendungen verwendet werden k\u00f6nnen. Von den verschiedenen Arten der Nachbearbeitung ist die W\u00e4rmebehandlung<\/a> eine der wichtigsten f\u00fcr Pulverbettverfahren<\/a> – vor allem bei Metallen.<\/p>\n

Aber welche W\u00e4rmebehandlung ist f\u00fcr ein Teil geeignet? Wie funktioniert sie? Um diese Fragen zu beantworten, wollen wir uns zwei h\u00e4ufig verwendete W\u00e4rmebehandlungsverfahren ansehen: Gl\u00fchen und hei\u00dfisostatisches Pressen (HIP).<\/p>\n

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Ein Metallteil, das per 3D-Druck gefertigt wird. (Bild: Industrial Metal Service)<\/p><\/div>\n

Beide sind mit Metallverfahren kompatibel, einschlie\u00dflich LPBF, EBM<\/a>, Binder Jetting<\/a>, DED<\/a> und sogar Nanopartikel-Jetting. Sie k\u00f6nnen auch mit Keramiken und Polymeren verwendet werden, wenn auch in unterschiedlichem Ma\u00dfe. Sie weisen beide viele Vorteile auf: Sie verst\u00e4rken die Materialien, machen sie leichter bearbeitbar und verbessern die Materialeigenschaften. Im Grunde genommen optimieren diese beiden Techniken die Bauteile, aber ihre Verfahren selbst – und die spezifischen Ergebnisse – unterscheiden sich.<\/p>

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Wie funktionieren hei\u00dfisostatisches Pressen und Gl\u00fchen?<\/h3>\n

Um die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen HIP und Gl\u00fchen zu verstehen, gehen wir auf die beiden Verfahren ein. Beim Gl\u00fchen handelt es sich zun\u00e4chst um eine W\u00e4rmebehandlung, bei der Metalle, Glas, Keramik oder Polymere erhitzt werden und das Material langsam abk\u00fchlt, um innere Spannungen zu beseitigen. Dieses Verfahren ver\u00e4ndert die physikalischen und manchmal auch die chemischen Eigenschaften eines Materials, indem es seine Duktilit\u00e4t erh\u00f6ht und seine H\u00e4rte verringert, damit es leichter zu bearbeiten ist.<\/p>\n

Beim HIP-Verfahren hingegen wird ein Teil einer Kombination aus hohen Temperaturen und Gasdruck ausgesetzt, um die Porosit\u00e4t in metallurgischen Werkstoffen zu beseitigen. Dabei kann auch die Dichte vieler keramischer Werkstoffe erh\u00f6ht werden, sodass sie zu v\u00f6llig dichten Bauteilen werden.<\/p>\n

Denken Sie daran, dass das \u201eI\u201c in HIP f\u00fcr isostatisch<\/em> steht. In diesem Fall bezieht es sich auf das Gas, das isostatisch wirkt, d. h. es \u00fcbt gleichm\u00e4\u00dfig in alle Richtungen Druck auf ein Material aus. Dies f\u00fchrt zu einer gleichm\u00e4\u00dfigen Kraft um das Objekt herum. \u00c4hnlich wie beim Gl\u00fchen verbessert das HIP-Verfahren die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit eines Werkstoffs. Das Verfahren kann auch unterschiedliche Werkstoffe zu einzigartigen Teilen zusammenf\u00fcgen.<\/p>\n

Der Gl\u00fchprozess<\/h4>\n

Das Gl\u00fchen findet in einem Gl\u00fchofen statt. Diese unterscheiden sich je nach den Anforderungen der Materialien und den Kosten, aber im Allgemeinen k\u00f6nnen sie zwischen 300\u00b0C und 1000\u00b0C (bei den h\u00f6herwertigen Modellen) erhitzt werden. Die Temperatur im Ofen muss sorgf\u00e4ltig kontrolliert werden, weshalb diese Gl\u00fch\u00f6fen oft empfohlen werden, obwohl theoretisch jeder Ofen, der die richtige Temperatur erreicht, verwendet werden kann, wenn er die Temperaturanforderungen erf\u00fcllt.<\/p>\n

Der Gl\u00fchprozess besteht aus drei Stufen, die alle durch Temperaturparameter bestimmt werden, die von der Art des verwendeten Materials abh\u00e4ngen. F\u00fcr die Durchf\u00fchrung des Gl\u00fchens ist die Kenntnis des Materials und seiner Temperaturanforderungen entscheidend.<\/p>\n

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Gl\u00fchofen. (Bild: Thermcraft)<\/p><\/div>\n

1. Erholungsphase<\/strong><\/p>\n

In der ersten Phase des Gl\u00fchens, der Erholungsphase, wird die Temperatur des Materials auf einen Wert oberhalb der Kristallisationstemperatur erh\u00f6ht, sodass die Atome die Energie haben, sich zu bewegen. Die Bewegung der Atome tr\u00e4gt dazu bei, Versetzungen (Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten in einer Kristallstruktur) umzuverteilen und zu beseitigen, insbesondere bei Metallen. Dadurch wird das Metall verformbarer und so dehnbarer. Der gleiche Effekt kann auch bei Keramik auftreten, allerdings in geringerem Ma\u00dfe. Insgesamt werden in dieser Phase die inneren Spannungen im Material abgebaut.<\/p>\n

2. Rekristallisationsphase<\/strong><\/p>\n

Wenn sich das Material weiter erw\u00e4rmt, erreicht es schlie\u00dflich das Rekristallisationsstadium, d. h. eine Temperatur, die hoch genug f\u00fcr die Rekristallisation ist, aber noch unter dem Schmelzpunkt liegt. Hier entstehen und wachsen neue spannungsfreie K\u00f6rner, die den von fr\u00fcheren Versetzungen hinterlassenen Raum ersetzen.<\/p>\n

3. Kornwachstumsphase<\/strong><\/p>\n

Sobald die Rekristallisation abgeschlossen ist, kann das Objekt abk\u00fchlen und in die Phase des Wachstums eintreten. W\u00e4hrend der Abk\u00fchlung entwickeln sich neue K\u00f6rner und wachsen. Das Wachstum dieser K\u00f6rner ist jedoch nicht zuf\u00e4llig. Es wird durch die Abk\u00fchlungsgeschwindigkeit und die Atmosph\u00e4re, in der es abk\u00fchlt, gesteuert.<\/p>\n

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Eine grafische Darstellung davon, was w\u00e4hrend des Gl\u00fchens mit den Molek\u00fclen passiert. (Bild: MechDaily)<\/p><\/div>\n

Je nach Material kann das Gl\u00fchen nur vier Stunden oder auch einen ganzen Tag dauern. Zu beachten ist auch, dass es verschiedene Arten des Gl\u00fchens gibt. Es handelt sich zwar nicht um eine vollst\u00e4ndige Liste aller Gl\u00fchverfahren, aber zu den am h\u00e4ufigsten verwendeten geh\u00f6ren das Voll- oder Fertiggl\u00fchen, das isothermische Gl\u00fchen, das Kugelgl\u00fchen, das Diffusionsgl\u00fchen und das Spannungsarmgl\u00fchen.<\/p>\n

Additiv gefertigte Teile oder zumindest solche aus geeigneten Werkstoffen k\u00f6nnen von all diesen Verfahren profitieren. Bei der Entscheidung zwischen verschiedenen Gl\u00fchverfahren sind Ihr Werkstoff und Ihre Anwendung die entscheidenden Faktoren.<\/p>\n

Hei\u00dfisostatisches Pressen\u00a0<\/span><\/h4>\n

Beim HIP-Verfahren werden die Teile in einen Hochdruckbeh\u00e4lter geladen und dort einer hohen Temperatur und einem hohen isostatischen Gasdruck ausgesetzt. Die Temperaturen k\u00f6nnen bis zu 2.000\u00b0C und der Druck bis zu 310 MPa betragen – das entspricht in etwa dem Druck des Marianengrabens in 11.000 m Tiefe im Pazifischen Ozean. Dadurch zieht sich das Material zusammen und beh\u00e4lt seine urspr\u00fcngliche Form bei, bis die Poren im Inneren verschwinden und sich das Teil verdichtet. Das Verfahren wird h\u00e4ufig zum Abbau von Spannungen in gesinterten, gegossenen und additiv gefertigten Bauteilen eingesetzt.<\/p>\n

Argon ist das am h\u00e4ufigsten verwendete Druckgas f\u00fcr dieses Verfahren. Da Argon ein inertes Gas ist, f\u00fchrt es zu keiner chemischen Reaktion des Materials. Auch die Art des verwendeten Metalls kann die Auswirkungen einer chemischen Reaktion minimieren. Bei einigen Systemen wird das Gas auch gepumpt, um den erforderlichen Druck zu erreichen. Diese Gase werden gleichm\u00e4\u00dfig auf das Objekt aufgebracht und f\u00fcr eine bestimmte Zeit aufrechterhalten.<\/p>\n

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Bild: Metal Powder Industries Federation<\/p><\/div>\n

Die H\u00f6he der Temperatur und des Gasdrucks sowie die Dauer des Zyklus h\u00e4ngen von der Art des verwendeten Materials und den gew\u00fcnschten Eigenschaften des Endprodukts ab. Die Zyklen k\u00f6nnen acht bis zw\u00f6lf Stunden oder mehrere Tage dauern. Durch das Verfahren erhalten die Teile ein einheitliches Gef\u00fcge, wodurch sich ihre Eigenschaften verbessern.<\/p>\n

Hiperbaric<\/a>, ein f\u00fchrendes Unternehmen im Bereich des hei\u00dfisostatischen Pressens, weist darauf hin, dass sich das HIP-Verfahren problemlos mit dem Laserstrahlschmelzen und dem EBM kombinieren l\u00e4sst, um hochwertige Teile herzustellen. Auch Binder Jetting, DED, Metallmaterial-Extrusion und Metallmaterial-Jetting (z. B. beim Nanopartikel-Jetting) sind kompatibel.<\/p>\n