Metalle wie Kunststoffe verarbeiten

Viele Kunststoffteile lassen sich kostengünstig weil massenhaft herstellen. Dies gelingt auch bei Metallen mit dem Spritzguss ihrer Pulver. Beispiele dafür sind Minireaktoren aus Edelstahl, die Mikroorganismen bestimmen oder Flüssigkeiten entkeimen.

Ein deutlicher Trend in der Biotechnologie, chemischen Analytik und Reaktionstechnik sind kleiner und leistungsfähiger werdende mobile Geräte zu günstigen Preisen. Ein wichtiger Weg, die Kosten von komplexen, metallischen Bauteilen zu drücken, besteht darin, sie in großen Mengen zu produzieren. Was bei schmelzbaren Kunststoffen durch verschiedenste Verfahren recht gut gelingt, führt bei Metallen zu Problemen. Einerseits sind Materialeigenschaften wie hohe Leitfähigkeit für Wärme und elektrischen Strom, chemische wie thermische Beständigkeit sowie eine Wiederverwertbarkeit der Teile auch im Minilabor begehrt. Andererseits begrenzen Härte und hohe Schmelzpunkte die Bearbeitbarkeit. Prägen kommt nur bei einfachen Teilen infrage; komplexe Bauteile können oft nur mit Verfahren wie Drehen, Bohren, Fräsen oder Erodieren hergestellt werden. Jedes Teil wird einzeln und langsam bearbeitet – Materialverluste sind unvermeidlich.

Ein Metall verarbeitendes Verfahren, das die Vorteile der Kunststoffbranche übernimmt, ist der Metallpulverspritzguss. Am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen fertigen Forscher damit mikromechanische und -fluidische Bauteile bis hin zur Pilotserie. „Abhängig von Geometrie und Art der Nachbehandlung können wir schon ab Stückzahlen von 500 metallischen Bauteilen pro Jahr kostengünstiger produzieren als mit den konventionellen Verfahren“, betont Natalie Salk vom Bereich Mikrofertigung. „Zudem besteht mehr Freiheit im Design der Teile.“ Zum Ablauf: Metallpulver wird mit einem Bindemittel gemischt und als pastöse Masse wie ein hochgefüllter Kunststoff spritzgegossen. Im zweiten Schritt heizen die Forscher die Bauteile in einer Schutzgasatmosphäre allmählich auf. Das Bindemittel zersetzt sich und entweicht. Deutlich unterhalb des Schmelzpunkts sintern die Pulverpartikel des Metalls schließlich zusammen; das Bauteil wird kompakt und erreicht bis zu 99 Prozent seiner theoretischen Dichte.

Ein derart produzierter Minireaktor aus Edelstahl wird mit Titandioxid beschichtet. Zusammen mit dem Institut für Umweltverfahrenstechnik (IUV) der Universität Bremen und der Firma Q-Bioanalytik aus Bremerhaven wiesen die IFAM-Forscher nach, dass ein solcher Minireaktor bei Bestrahlung mit UV Licht entkeimend wirkt. Daher eignet er sich für verschiedene Einsätze in der Wasseraufbereitung. Mit einem zweiten Reaktortyp sollen Art und Anzahl von Keimen ermittelt werden. Als Messdauer werden weniger als fünf Minuten angepeilt – herkömmliche Labormessgeräte benötigen dazu derzeit 60-90 Minuten.

Ansprechpartnerinnen:

Dr. Natalie Salk
Telefon: 04 21 / 22 46-1 75, Fax: -3 00
salk@ifam.fraunhofer.de

Dr. Astrid Rota
Telefon: 04 21 / 22 46-1 96
rota@ifam.fraunhofer.de