Dieses Mal möchte ich unter den Grundprinzipien der Fertigung – QCD (Qualität, Kosten, Liefertermin) – etwas näher auf die Kosten (C) eingehen, insbesondere im Zusammenhang mit MIM. Es versteht sich von selbst, dass die QCD-Elemente eng miteinander verknüpft sind und der Schlüssel darin liegt, das optimale Gleichgewicht zwischen den dreien zu finden. Der Faktor mit der höchsten Priorität ist die Qualität (Q). Im Falle von MIM wird die Qualität vollständig durch die vom Kunden bereitgestellten Zeichnungen definiert. Im Wettbewerb mit anderen Unternehmen sind es jedoch oft die Kosten (C) – die stark von der Lieferung (D) abhängen –, die zum entscheidenden Faktor werden.
Betrachten wir nun die kostenbestimmenden Faktoren im Rahmen des MIM-Verfahrens.
Über Powder
Die Ausgangsmaterialien für MIM sind Metallpulver und Harzpulver. Das verwendete Harz ist in allen Fällen nahezu identisch und hat keinen wesentlichen Einfluss auf Schwankungen der Materialkosten. Der entscheidende Faktor ist die Partikelgröße des Metallpulvers.
Bei Edelstahlpulver, dem Hauptrohstoff im MIM-Verfahren, sind die Preisunterschiede je nach Stahlsorte relativ gering. Die Preisunterschiede je nach Partikelgröße sind jedoch erheblich.
So kostet beispielsweise das von uns gehandelte ultrafeine Pulver (durchschnittliche Partikelgröße: ca. 2 μm) pro Gewichtseinheit etwa zehnmal so viel wie Allzweckpulver (durchschnittliche Partikelgröße: ca. 8 μm).
Ultrafeines Pulver bietet Vorteile wie eine hervorragende Formübertragbarkeit (insbesondere bei kleinen und komplex geformten Teilen) und eine verbesserte Oberflächengüte des Endprodukts (je feiner das Pulver, desto kleiner der Ra-Wert).
Es ist jedoch wichtig, das am besten geeignete Pulver auszuwählen, wobei ein Gleichgewicht mit der letztlich geforderten Qualität zu berücksichtigen ist.
Über das Formen
Die Taktzeit (Zykluszeit) beim Spritzgießen bleibt bei kleinen Produkten nahezu unverändert, unabhängig von der Stahlsorte oder der Produktform. Der wichtigste Kostenfaktor beim Spritzgießen ist die Anzahl der pro Schuss hergestellten Teile.
Je nach Kapazität der Spritzgießmaschine und Größe des Produkts können wir 1 bis 4 Teile pro Schuss produzieren (das Beispiel rechts zeigt einen Zweiteilerschuss). Die Anzahl der Kavitäten in der Form hängt vom Produktionsvolumen ab. Eine Erhöhung der Kavitätenanzahl führt jedoch auch zu höheren Formkosten (die vom Kunden zu tragen sind). Daher ist eine präzise Formkonstruktion auf der Grundlage eines detaillierten Produktionsplans erforderlich, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Produktionseffizienz und Formkosten zu erreichen.
Über das Sintern
Der wichtigste Kostenfaktor beim Sintern ist die Anzahl der Teile, die pro Charge verarbeitet werden können. Der von uns betriebene Vakuumofen verfügt über eine nutzbare Gesamtfläche von etwa 20.000 cm². Theoretisch könnten in einem einzigen Durchlauf bis zu 20.000 Teile verarbeitet werden, wenn jedes Produkt eine Grundfläche von 1 cm² hätte und die Teile lückenlos nebeneinander angeordnet wären.
In der Praxis muss jedoch, wie in der Abbildung rechts zu sehen ist, in allen Richtungen ein gewisser Abstand zwischen den Bauteilen eingehalten werden. Dadurch verringert sich die effektiv nutzbare Fläche auf etwa 30–40 % der Gesamtfläche.
Wenn ein Produkt eine klar definierte, ebene Unterseite aufweist und direkt auf die Aufspannplatte gelegt werden kann, gilt das oben Gesagte. Bei komplex geformten Teilen können jedoch Stützvorrichtungen erforderlich sein, um eine stabile Platzierung zu gewährleisten oder ein Durchhängen während des Sinterns zu verhindern. Dies verringert die effektiv nutzbare Fläche und verursacht zusätzliche Kosten für die Stützvorrichtungen. Darüber hinaus steigen bei sehr kleinen Teilen auch die Arbeitskosten für deren Anordnung im Ofen.
Als Nächstes zur Sintertemperatur:
Sofern die Pulverspezifikationen und die Produktmenge identisch sind und eine ähnliche Schrumpfungsrate zu erwarten ist, kann das Produkt gemeinsam mit anderen Teilen in derselben Charge gesintert werden. Ist jedoch ein individuelles Sintern erforderlich, steigen die Kosten.
Wie oben beschrieben, sind beim Sinterprozess viele Kostenfaktoren zu berücksichtigen, und aus Kostenperspektive stellt er oft die größte Herausforderung dar. Vor allem sind wichtige Informationen wie das Produktvolumen, die Grundfläche und die Frage, ob das Bauteil stabil in einer festen Position platziert werden kann, entscheidende Faktoren für die Kostenkalkulation.
Über die Inspektion
Bei den von uns bearbeiteten Produkten handelt es sich in erster Linie um kleine, dreidimensionale Teile mit komplexen Formen. Daher gehört die dreidimensionale Messtechnik zu unseren technischen Kernkompetenzen (siehe dazu frühere Berichte, z. B. Band 16, 39 und 50).
Der Faktor, der sich unmittelbar auf die Prüfkosten auswirkt, ist ganz einfach die Zeichnung des Kunden – genauer gesagt, die darin festgelegten Toleranzen. Je zahlreicher und strenger die Toleranzanforderungen sind, desto höher fallen die Prüfkosten aus.
Wenn also die Toleranzen für Bereiche, die nicht „unbedingt notwendig“ sind, von vornherein gelockert werden können, lassen sich Zeitverluste durch wiederholte Kommunikation und Nachbesserungen in der Prototypenphase erheblich reduzieren. Dies führt zu geringeren Entwicklungskosten, einer höheren Ausbeute und letztlich zu klaren Vorteilen für beide Seiten.
Wir hoffen, dass die oben genannten Punkte Ihnen als nützliche Anhaltspunkte für Kosteneinsparungen bei Ihren künftigen Anfragen dienen.
Kommende Ausstellungen
MD&M West 2026
3.–5. Februar | Anaheim | Stand Nr. 3499
Medtec Japan 2026
21.–23. April | Tokio | Halle E7 – Stand Nr. 309/409
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Fazit
Risse, Absacken oder Blasenbildung werden häufig als Folge des Aufquellens des Bindemittels und/oder der unterschiedlichen Eigenspannungen zwischen der Oberfläche und dem Inneren beobachtet. Diese Probleme lassen sich durch die Auswahl geeigneter organischer Lösungsmittel und durch Temperaturkontrolle vermeiden.
Das katalytische Entbindern nutzt die Sublimation des Bindemittels, wodurch es möglich ist, das Bindemittel in relativ kurzer Zeit zu zersetzen und die Verformung zu minimieren. Bei einer stark sauren Atmosphäre ist die Auswahl an Metallwerkstoffen jedoch begrenzt.
Beim Sinterprozess setzt die Halsbildung („Necking“), d. h. die Ausbildung von Brückenbindungen zwischen Metallpulverkörnern durch thermische Diffusion, bei Erreichen der Sintertemperatur ein. Sobald dieses Necking einsetzt, wird eine Schrumpfung beobachtet, die die Dichte erhöht. Bevor das Necking einsetzt, sollten daher alle organischen Bestandteile zersetzt und das Gas zwischen den Pulverkörnern entfernt werden. Im Sinterprozess führen unerwünschte chemische Reaktionen wie Oxidation oder Karbonisierung zum Verlust mechanischer Eigenschaften, weshalb zu Beginn des Prozesses eine präzise Atmosphärensteuerung mit niedriger Heizrate erforderlich ist. Wenn die Sintertemperatur erreicht ist, können außerdem einige pflanzenbasierte Bindemittel verdampfen.