3DPOD 314: Entbinderung, Sintern und Metall-Binder-Jetting mit Stefan Joens, Elnik Systems und DSH Technologies

Key Takeaways

• Elnik Systems liefert Hochtemperatur-Entbinder- und Sinteröfen, die bis zu 1.200 kg Metallteile pro Charge verarbeiten.
• Typische Sinterzyklen für Edelstahl-Binder-Jet-Teile dauern 10–12 h bei 1.250 °C und erreichen ≈99,5 % theoretische Dichte.
• Binder-Jetting glänzt bei komplexen Geometrien bis zu 300 mm Höhe, aber das Schrumpfen (≈ 15 % linear) erfordert präzise CAD-Komensation.
• Im Vergleich zur gebundenen Filament-Extrusion bietet Binder-Jetting 10-20× höhere Baugeschwindigkeiten und bessere Oberflächenqualität, benötigt jedoch eine eigene Nachbearbeitungslinie.
• Zukünftige Entwicklungen konzentrieren sich auf In-Situ-Entbinder-Öfen und hybride Pulverbettschmelz-/Binder-Jet-Systeme, um die Lücke zwischen Gestaltungsfreiheit und Materialleistung zu schließen.

Introduction

Die 3DPOD-Folge 314 bringt Stefan Joens, Senior Sales Director bei Elnik Systems, und Vertreter von DSH Technologies zusammen, um den gesamten Workflow des Metall-Binder-Jet-Drucks zu erläutern – von der Pulverablage bis zum finalen gesinterten Teil. Die Diskussion liefert einen praxisnahen Fahrplan für Hersteller, die die Binder-Jet-Produktion skalieren wollen, ohne enge Toleranzen und reproduzierbare Materialeigenschaften zu verlieren.

Elnik Systems: From Foundry Roots to Additive-Manufacturing Ovens

Gegründet im 1998 als Lieferant industrieller Öfen für die traditionelle Pulvermetallurgie, nutzte Elnik sein metallurgisches Know-how, um dedizierte Entbinder- und **Sinter-**Öfen für die additive Fertigung zu entwickeln. Die Flaggschiff-Serie E-Sinter 1500 erreicht 1.500 °C, hält einen einheitlichen Temperaturgradienten von weniger als ±2 °C über eine 2 m³ Kammer und integriert programmierbare Vakuum- oder **Inert-Gas-**Atmosphären (Argon, Stickstoff).

Diese Öfen sind für Continuous-Flow-Betrieb ausgelegt, sodass alle 30 min eine neue Charge geladen werden kann, ohne die thermische Stabilität zu beeinträchtigen – ein entscheidender Vorteil für hochvolumige Binder-Jet-Linien.

The Binder-Jetting Process: From Green Part to Metal

1. Powder Deposition & Binder Printing

• Powders: 15–45 µm Edelstahl (316L), Werkzeugstahl (H13) oder nickelbasierte Legierungen.
• Binder: Wasserbasierter Polymer mit einem Feststoffgehalt von 30 wt %.
• Layer thickness: 50–100 µm, ermöglicht Bauhöhen bis zu 300 mm in einem Durchlauf.

2. Debinding

Das grüne Teil wird zuerst auf 350 °C (für Polymerverbrennung) unter Vakuum oder Stickstoff-Spülung erhitzt, um Oxidation zu vermeiden. Ein typischer Entbinderzyklus dauert 4–6 h und entfernt ≈ 95 % der Binder-Masse.

3. Sintering

Nach dem Entbinden gelangt das Teil in den Sinterofen bei 1.150–1.250 °C für 10–12 h, abhängig von Legierung und gewünschter Dichte. Kontrolliertes Abkühlen (≤ 5 °C/min) minimiert Restspannungen. Das Ergebnis ist ein Near-Net-Shape-Metallbauteil mit ≥ 99 % theoretischer Dichte und Zugfestigkeit innerhalb 5 % des Schmiedematerials.

4. Shrinkage Management

Linearer Schrumpf liegt im Durchschnitt bei 14–16 %, mit einer Anisotropie bis zu 2 % zwischen Bau- und Querrichtung. Moderne CAD-Tools betten jetzt einen Schrumpfkompensationsfaktor (typischerweise 1,15) direkt in die STL-Datei ein, wodurch die Nachbearbeitungszeit um 30–40 % reduziert wird.

Where Binder Jetting Shines – And Where It Falters

Comparing Binder Jetting to Bound-Filament Extrusion