Auf der Hannover Messe 2019 setzten Heraeus und Spritzgießmaschinenbauer Engel Austria den „symbolischen Startschuss“ für die Großserienproduktion hochwertiger Bauteile aus amorphen Metallen. Diesem Zeitpunkt sind Jahre vorausgegangen, in denen Heraeus speziell für den Spritzguss optimierte Legierungen entwickelte und Engel dafür ein Maschinenkonzept konzipierte, das auf einem hydraulischen (statt bisher vollelektrischem) Antriebskonzept beruht. Ergebnis: Die Partner konnten die Zykluszeiten nach eigenen Angaben um 70 % reduzieren gegenüber bisherigen Konzepten und die Heizleistung um 40 % bis 60 % verringern, so dass sich der Energiebedarf halbiert. In 60 s bis 90 s Zykluszeit produziert die Spritzgießmaschine beispielsweise die im Bild zu sehenden Metallkomponenten einer Zange für die Medizin.
„Durch die höhere Effizienz kommen wir in Bereiche, in denen sich die Serienproduktion für hochwertige Metallbauteile lohnen kann“, sagt Valeska Melde, Marketing-Managerin Amloy bei Heraeus. Schneller als bei MIM: Durch Spritzgießen amorpher Metalle entstehen endkonturnahe Bauteile, die häufig ohne Nacharbeit eingesetzt werden können. Das Metal Injection Moulding (MIM) hingegen führt zu Grünlingen, die erst noch gesintert werden müssen.
Heraeus und Engel heben die jüngsten Entwicklungsfortschritte als Meilensteine hervor. Denn sie bedeuten einen Schub für die Wirtschaftlichkeit und leiten in die Phase über, in der die Partnerschaft Früchte tragen kann. Die vielleicht größere Sensation liegt aber in der technischen Möglichkeit überhaupt: Amorphe Metalle haben den riesigen Vorteil, dass sie hochfest, hart und hochelastisch zugleich sind – und sich dann auch noch durch Spritzgießen verarbeiten lassen. Engel hat diese Möglichkeit schon vor drei Jahren mit einem US-amerikanischen Partner publiziert (http://hier.pro/LUg2H), ist durch das Auslaufen der Exklusivvereinbarung aber nicht mehr an diesen einen Werkstofflieferanten alleine gebunden.
Elastizität 10-fach höher als bei Stahl
Heraeus hat zwei Zirkonium- und eine Kupfer-basierte Legierung für den Spritzgießprozess entwickelt. Legierungen auf Basis von Titan, Eisen und Platin sollen folgen. Für das Zirkonium-basierte Amloy VIT 105 gibt Heraeus beispielsweise eine Zugfestigkeit von 1,7 GPa und eine Vickershärte von 540 HV5 an. Die Elastizität sei um den Faktor 10 höher als bei Stahl. Das Material ist biokompatibel nach ISO 10993-5 und den Angaben zufolge sehr korrosionsbeständig.
Amloy überflügelt mit dieser Eigenschaftskombination Titan, Stahl und viele andere Werkstoffe. Nach dem Spritzgießen liegt der Schrumpf unter 5 % und die Oberflächengüte bei Ra 0,05, so teilen die Partner mit. Einspritzgeschwindigkeiten um 1000 mm/s machen geringe Wanddicken möglich. Vollautomatisiert entstehen hochelastische und harte Teile in grazilen Formen, die sich durch Stabilität und Robustheit auszeichnen.
Beispiele für denkbare Anwendungen sind chirurgische Instrumente, aber auch stabile Federungen, verschleißeste Antriebsteile oder hochwertige Deko-Elemente. Vieles ist möglich. Bei Heraeus und Engel sind die Projekte jetzt angelaufen.
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