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Patent Searching and Data


Title:
PRODUCING A METAL OBJECT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/212140
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to improve the quality of an additively produced metal object (1). This is achieved by a production method in which a first green body (2) is additively produced from a first material, and the first green body (2) is thermally pretreated using a first thermal process. A second green body (3) is additively produced from a second material which differs from the first material. The thermally pretreated first green body (2) and the second green body (3) are treated together using a second thermal process in order to obtain the metal object (1).

Inventors:
SCHUH CARSTEN (DE)
SOLLER THOMAS (DE)
VOLLMER ROLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/059205
Publication Date:
October 22, 2020
Filing Date:
April 01, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
B22F3/00; B22F3/10; B22F3/24; B22F5/00; B22F7/06; B33Y40/00; B33Y80/00; B22F1/00; B22F7/02
Domestic Patent References:
WO2018200512A12018-11-01
WO2019011532A12019-01-17
Foreign References:
DE102013221965A12015-04-30
DE102004057360A12006-06-08
DE102016211068A12017-12-21
EP3112057A12017-01-04
EP3002212A12016-04-06
US20190054528A12019-02-21
DE102013221965A12015-04-30
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gegenstands (1), wobei ein erster Grünkörper (2) aus einem ersten Materi al additiv gefertigt wird;

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Grünkörper (2) mittels eines ersten thermischen Prozesses thermisch vorbehandelt wird;

ein zweiter Grünkörper (3) aus einem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen, Material additiv gefertigt wird; der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper (2) und der zweite Grünkörper (3) gemeinsam mittels eines zweiten thermi schen Prozesses behandelt werden, um den metallischen Gegen stand (1) zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Grünkörper (2) auf einem Substrat (4) additiv ge fertigt wird; und

der zweite Grünkörper (3) nach der thermischen Vorbehandlung des ersten Grünkörpers (2) auf dem Substrat (4) additiv ge fertigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Grünkörper (2) auf einem ersten Substrat (5) addi tiv gefertigt wird;

der zweite Grünkörper (3) auf einem zweiten Substrat (6) ad ditiv gefertigt wird;

der zweite Grünkörper (3) mittels eines weiteren thermischen Prozesses thermisch vorbehandelt wird; und

der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper (2) und der thermisch vorbehandelte zweite Grünkörper (3) gemeinsam mit tels des zweiten thermischen Prozesses behandelt werden, um den metallischen Gegenstand (1) zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper (2) und der thermisch vorbehandelte zweite Grünkörper (3) vor der Behand lung mittels des zweiten thermischen Prozesses durch Fügen verbunden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Grünkörper (2) durch das Fügen plastisch verformt wird und/oder der zweite Grünkörper (3) durch das Fügen plas tisch verformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Schwindungsverlauf des thermisch vorbehandelten ersten Grünkörpers (2) während des zweiten thermischen Prozesses im Wesentlichen gleich einem Schwindungsverlauf des zweiten Grünkörpers (3) während des zweiten thermischen Prozesses ist ;

wobei vorzugsweise die im Wesentlichen gleichen Schwindungs verläufe derart sind, dass eventuell verbleibende Unterschie de in den Schwindungsverläufen sich nicht in einer Reduktion einer Verbindungsfestigkeit einer aus dem ersten Grünkörper

(2) hervorgehenden Komponente und einer aus dem zweiten Grün körper (3) hervorgehenden Komponente des metallischen Gegen stands (1) widerspiegeln, die über einen vorgegebenen Tole ranzbereich hinausgeht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

als erstes Material zur Fertigung des ersten Grünkörpers (2) eine erste Materialpaste verwendet wird, welche erste Metall partikel enthält; und

als zweites Material zur Fertigung des zweiten Grünkörpers

(3) eine zweite Materialpaste verwendet wird, welche zweite Metallpartikel enthält

8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass als erste Metallpartikel oder als zweite Metallpartikel fer romagnetische Metallpartikel verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die ersten Metallpartikel in der ersten Materialpaste eine multimodale Partikelgrößenverteilung aufweisen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste thermische Prozess eine Bestrahlung des ersten Grünkörpers (2) mit Mikrowellenstrahlung oder Infrarotstrah lung beinhaltet; und/oder

der zweite thermische Prozess eine Bestrahlung des thermisch vorbehandelten ersten Grünkörpers (2) und des zweiten Grün körpers (3) mit Mikrowellenstrahlung oder Infrarotstrahlung beinhaltet .

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Grünkörper (2) mittels eines Sieb- oder Schablonen druckverfahrens aus dem ersten Material additiv gefertigt wird; und/oder

der zweite Grünkörper (3) mittels eines Sieb- oder Schablo nendruckverfahrens aus dem zweiten Material additiv gefertigt wird .

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Grünkörper (2) durch die thermische Vorbehandlung teilweise entbindert und vorgesintert wird; und/oder

der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper (2) und der zweite Grünkörper (3) durch den zweiten thermischen Prozess vollständig entbindert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Gegenstand (1) als Elektroblech für eine elektrische Maschine hergestellt wird.

14. Metallischer Gegenstand, hergestellt mittels eines Ver- fahrens nach Anspruch 13.

15. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 14, der als Elekt roblech (1) für eine elektrische Maschine ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Herstellung eines metallischen Gegenstands

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gegenstands, wobei ein erster Grünkörper aus ei nem ersten Material additiv gefertigt wird und der erste Grünkörper mittels eines ersten thermischen Prozesses ther misch vorbehandelt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechend hergestellten metallischen Gegenstand.

Additive Fertigungsverfahren können beispielsweise zum Dru cken eines zweikomponentigen metallischen Gegenstands einge setzt werden. Dazu werden beispielsweise zwei Grünkörper aus unterschiedlichen Materialien erzeugt und danach gemeinsam thermisch prozessiert. Aufgrund unterschiedlicher Schwin dungsverläufe der unterschiedlichen Materialien kann die Qua lität des erzeugten Gegenstands reduziert sein, insbesondere durch einen nicht optimalen mechanischen Zusammenhalt der beiden verschiedenen Komponenten.

Im Dokument DE 10 2013 221 965 Al wird ein Verfahren zur Her stellung eines Formteils beschrieben. Dabei werden unter schiedliche Pulververbundwerkstoffe in einer Pressform posi tioniert und gemeinsam zu einem Grünling gepresst. Durch an schließendes Temperieren des gesamten Grünlings wird eine formschlüssige und stoffschlüssige Verbindung der verschiede nen Pulververbundwerkstoffe erreicht. Dabei werden die ver schiedenen Pulververbundwerkstoffe nacheinander oder gleich zeitig in der Pressform positioniert und anschließend zu dem Grünling gepresst und gleichzeitig temperiert.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur additiven Fertigung eines zweikomponentigen metallischen Gegenstands anzugeben, mit welchem eine verbesserte Qualität des Gegenstands er reicht werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und einen metallischen Gegenstand nach den unabhängigen Ansprü chen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausfüh rungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, einen ersten Grünkörper aus einem ersten Material thermisch vorzubehandeln und den thermisch vorbehandelten ersten Grünkörper mit einem zweiten Grünkörper gemeinsam thermisch zu behandeln, um den metallischen Gegenstand zu erhalten.

Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Kon zepts wird ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gegenstands angegeben. Dabei wird ein erster Grünkörper aus einem ersten Material additiv gefertigt, und der erste Grün körper wird mittels eines ersten thermischen Prozesses ther misch vorbehandelt. Ein zweiter Grünkörper wird aus einem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen, Material ad ditiv gefertigt. Der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper und der zweite Grünkörper werden gemeinsam mittels eines zweiten thermischen Prozesses behandelt, um den metallischen Gegenstand zu erhalten.

Bei dem ersten und dem zweiten Grünkörper kann es sich insbe sondere um Rohlinge, insbesondere thermisch unbehandelte oder nicht final thermisch behandelte Rohlinge, handeln. Insbeson dere werden die mittels der additiven Fertigungsverfahren ge fertigten Rohlinge sowie gegebenenfalls thermisch vorbehan delte Rohlinge als Grünkörper beziehungsweise thermisch vor behandelte Grünkörper bezeichnet.

Jeder der Grünkörper kann aus einem Teil bestehen oder aus zwei oder mehr nicht verbundenen oder disjunkten Teilen be stehen .

Das erste Material beinhaltet insbesondere ein erstes Metall. Darüber hinaus kann das erste Material einen oder mehrere erste Zusatzstoffe, beispielsweise einen oder mehrere erste Binder, beinhalten. Das zweite Material beinhaltet insbeson dere ein zweites Metall. Darüber hinaus kann das zweite Mate rial einen oder mehrere zweite Zusatzstoffe, beispielsweise einen oder mehrere zweite Binder, beinhalten.

Durch die thermische Vorbehandlung eines Grünkörpers kann das entsprechende Material beispielsweise teilweise entbindert und vorgesintert oder teilweise gesintert werden. Die Vorsin terung kann beispielsweise eine Grundfestigkeit des thermisch vorbehandelten Grünkörpers bewirken, wobei eine Endfestigkeit des metallischen Gegenstands beziehungsweise einer aus dem Grünkörper hervorgehenden Komponente des metallischen Gegen stands direkt nach dem ersten thermischen Prozess in der Re gel noch nicht gegeben ist.

Der zweite thermische Prozess entspricht beispielsweise einem zweiten Sinterprozess oder einem finalen Sinterprozess oder einem Ko-Sinterprozess des thermisch vorbehandelten ersten Grünkörpers und des zweiten Grünkörpers. Durch den zweiten thermischen Prozess kann beispielsweise eine vollständige o- der im Wesentlichen vollständige Entbinderung des ersten thermisch vorbehandelten ersten Grünkörpers und des zweiten Grünkörpers erfolgen. Darüber hinaus kann durch den zweiten thermischen Prozess der Sinterprozess abgeschlossen oder fer tiggestellt werden, so dass eine endgültige Festigkeit des metallischen Gegenstands beziehungsweise der ersten Komponen te des metallischen Gegenstands, welche aus dem ersten Grün körper hervorgeht, und der zweiten Komponente des metalli schen Gegenstands, welche aus dem zweiten Grünkörper hervor geht, erzielt werden.

Außerdem können der vorbehandelte erste Grünkörper und der zweite Grünkörper durch den zweiten thermischen Prozess fest miteinander verbunden werden.

Unter der additiven Fertigung des ersten Grünkörpers aus dem ersten Material kann beispielsweise verstanden werden, dass der erste Grünkörper mittels Schritten oder Teilschritten ei- nes additiven Fertigungsverfahrens unter Verwendung des ers ten Materials gefertigt wird. Soweit das additive Fertigungs verfahren in einem anderen Kontext Sinterschritte beinhaltet, sind diese nach dem hier vorliegenden Verständnis beispiels weise nicht von dem Schritt der additiven Fertigung des ers ten Grünkörpers umfasst. Für den zweiten Grünkörper gilt das Gesagte analog.

Darunter, dass mittels der Behandlung durch den zweiten Pro zess der metallische Gegenstand erhalten wird, kann bei spielsweise verstanden werden, dass nach Abschluss des zwei ten thermischen Prozesses eine erste Komponente vorliegt, welche aus dem ersten Grünkörper entstanden ist, sowie eine zweite Komponente, welche aus dem zweiten Grünkörper entstan den ist, und die beiden Komponenten fest miteinander verbun den sind.

Insbesondere können das erste und das zweite Material während einer thermischen Behandlung ein unterschiedliches Verhalten, insbesondere ein unterschiedliches Schwindungsverhalten, bei spielsweise als Funktion einer Prozesstemperatur oder der Zeit aufweisen. Das heißt, würde man das erste Material und das zweite Material einer fiktiven identischen thermischen Behandlung oder Sinterung unterziehen, könnte das erste Mate rial eine andere Gesamtschwindung, also ein anderes relatives Gesamtschwindungsvolumen, als das zweite Material aufweisen. Außerdem oder stattdessen kann ein Schwindungsverlauf des ersten Materials als Funktion der Zeit bei sonst identischen Prozessbedingungen von dem Schwindungsverlauf des zweiten Ma terials abweichen. Stattdessen oder zusätzlich kann eine Schwindungsrate des ersten Materials eine andere Temperatur abhängigkeit als eine Schwindungsrate des zweiten Materials aufweisen .

Durch die thermische Vorbehandlung des ersten Grünkörpers ge mäß eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und die damit einhergehende vorweggenommene teilweise Schwindung des ersten Grünkörpers können unterschiedliche Schwindungsverhal- ten und -verlaufe des ersten Materials und des zweiten Mate rials, insbesondere des ersten und des zweiten Grünkörpers, wenigstens teilweise kompensiert oder einander angeglichen werden. Dies hat zur Folge, dass die Unterschiede im jeweili gen Schwindungsverhalten der beiden Materialien beziehungs weise der beiden Grünkörper während des zweiten thermischen Prozesses geringer ausfallen als dies ohne die thermische Vorbehandlung des ersten Grünkörpers der Fall wäre.

Entsprechend kann ein Zusammenhalt der beiden Komponenten des metallischen Gegenstands nach Abschluss des zweiten thermi schen Prozesses im Vergleich zu bekannten Verfahren verbes sert werden. Der resultierende metallische Gegenstand weist somit eine verbesserte Qualität, insbesondere weniger Verzug, einen verbesserten GesamtZusammenhalt sowie eine höhere Dich te auf.

Durch die teilweise Vorwegnahme der Schwindung des ersten Grünkörpers können auch ansonsten gegebenenfalls inkompatible Bindersysteme für das erste Material beziehungsweise das zweite Material verwendet werden.

Durch die teilweise Separation der einzelnen Verfahrens schritte kann gegebenenfalls auch eine Parallelisierung ein zelner Prozessschritte ermöglicht werden, was beispielsweise zu einer besseren Maschinenauslastung und/oder kürzeren Her stellungszeiten des metallischen Gegenstands führen kann.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltungsform des Verfahrens wird der erste Grünkörper auf einem Substrat additiv gefertigt und der zweite Grünkörper nach der thermischen Vorbehandlung des ersten Grünkörpers auf dem Substrat, insbesondere auf demsel ben Substrat, additiv gefertigt.

Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher Prozessablauf, da nur ein Substrat erforderlich ist. Ferner sind in diesem Fall keine separaten Fügeschritte erforderlich, um die Grünkörper beziehungsweise die Komponenten des metallischen Gegenstands miteinander zu verbinden. Vielmehr erfolgt die Verbindung des ersten vorbehandelten Grünkörpers und des zweiten Grünkörpers durch das Sintern mittels des zweiten thermischen Prozesses.

Das Substrat kann beispielsweise einer Unterlage entsprechen oder eine Unterlage beinhalten, auf welche das erste Material beispielsweise als erste Materialpaste aufgebracht wird, um den ersten Grünkörper zu formen. Der zweite Grünkörper wird beispielsweise geformt, indem das zweite Material nach der thermischen Vorbehandlung des ersten Grünkörpers beispiels weise als zweite Materialpaste auf dieselbe Unterlagen aufge bracht wird, insbesondere wenigstens teilweise neben dem oder angrenzend an den thermisch vorbehandelten ersten Grünkörper und/oder wenigstens teilweise auf dem thermisch vorbehandel ten ersten Grünkörper.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der erste Grünkör per auf einem ersten Substrat additiv gefertigt. Der zweite Grünkörper wird auf einem zweiten Substrat additiv gefertigt. Der zweite Grünkörper wird mittels eines weiteren thermischen Prozesses thermisch vorbehandelt. Der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper und der thermisch vorbehandelte zweite Grün körper werden gemeinsam mittels des zweiten thermischen Pro zesses behandelt, um den metallischen Gegenstand zu erhalten.

Solche Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die gesamten thermischen Prozesszeiten oder Gesamtsinterzeiten des ersten und des zweiten Grünkörpers grundsätzlich unabhängig vonei nander eingestellt werden können. Bei einer Fertigung beider Grünkörper auf demselben Substrat ergibt sich zwingend, dass eine Gesamtsinterzeit des ersten Grünkörpers länger ist als eine Gesamtsinterzeit des zweiten Grünkörpers. Dies ist in Ausführungsformen, in denen zwei verschiedene Substrate ver wendet werden, nicht der Fall.

Außerdem ist insbesondere in solchen Ausführungsformen eine Parallelisierung von Verfahrensschritten möglich, beispiels weise eine Parallelisierung des ersten thermischen Prozesses und des weiteren thermischen Prozesses zur thermischen Vorbe handlung des ersten und des zweiten Grünkörpers.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform, insbesondere einer Ausführungsform, bei welcher der erste Grünkörper auf dem ersten Substrat und der zweite Grünkörper auf dem zweiten Substrat gefertigt wird, werden der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper und der thermisch vorbehandelte zweite Grün körper vor der Behandlung mittels des zweiten thermischen Prozesses durch Fügen miteinander verbunden.

In solchen Ausführungsformen kann das Fügen beispielsweise zu einer Grundfestigkeit einer Verbindung zwischen den vorbehan delten Grünkörpern führen. Die endgültige Festigkeit kann dann durch den zweiten thermischen Prozess erzielt werden.

Insbesondere kann durch das Fügen oder das Fügen in Verbin dung mit dem zweiten thermischen Prozess eine unlösbare Ver bindung zwischen der ersten und der zweiten Komponente er zielt werden.

Durch das Fügen kann gegebenenfalls eine höhere Verbindungs festigkeit erzielt werden als dies durch das Sintern mittels des zweiten thermischen Prozesses allein möglich wäre, insbe sondere, wenn beide Grünkörper vor dem zweiten thermischen Prozess thermisch vorbehandelt wurden.

Das Fügen kann beispielsweise ein Umformen, insbesondere Kaltumformen, des ersten und/oder des zweiten thermisch vor behandelten Grünkörpers beinhalten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der erste Grünkör per durch das Fügen plastisch verformt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der zweite Grün körper durch das Fügen plastisch verformt. Durch die plastische Verformung des ersten und/oder des zwei ten Grünkörpers kann insbesondere eine Verbindung der ther misch vorbehandelten Grünkörper ohne weitere Verbindungsmate rialien erreicht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Schwindungsver lauf des thermisch vorbehandelten ersten Grünkörpers während des zweiten thermischen Prozesses im Wesentlichen gleich oder gleich einem Schwindungsverlauf des zweiten Grünkörpers oder des zweiten thermisch vorbehandelten Grünkörpers während des zweiten thermischen Prozesses.

Dabei kann „im Wesentlichen" derart verstanden werden, dass eventuell verbleibende Unterschiede in den Schwindungsverläu fen sich nicht in einer Reduktion einer Verbindungsfestigkeit der beiden Komponenten des metallischen Gegenstands wider spiegeln, die über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus geht .

Ein Schwindungsverlauf beinhaltet insbesondere eine relative Volumenänderung oder eine absolute Volumenänderung des jewei ligen Grünkörpers oder thermisch vorbehandelten Grünkörpers als Funktion der Zeit bei einem Temperaturprofil oder Tempe raturverlauf des zweiten thermischen Prozesses.

Die Übereinstimmung der Schwindungsverläufe kann beispiels weise durch entsprechende Auswahl oder Anpassung von Materi alzusammensetzungen des ersten und/oder des zweiten Materials erreicht werden. Beispielsweise kann durch die Auswahl der Binder des ersten und/oder zweiten Materials und/oder durch den Zusatz eines Sinterhilfsmittels zu dem ersten und/oder zweiten Material ein Verdichtungsverhalten und damit der Schwindungsverlauf des ersten und/oder zweiten Grünkörpers angepasst werden.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Partikelgrößenverteilung von Metallpartikeln des ersten Materials oder eine Partikel größenverteilung von Metallpartikeln des zweiten Materials angepasst werden, um das Verdichtungsverhalten und entspre chend den Schwindungsverlauf des jeweiligen Materials bezie hungsweise Grünkörpers anzupassen.

Alternativ oder zusätzlich sind die Vorbehandlungsdauern, al so die Prozessdauern des ersten thermischen Prozesses und/oder des weiteren thermischen Prozesses mögliche Parame ter zur Anpassung der Schwindungsverläufe im zweiten thermi schen Prozess.

Im Einzelfall ist je nach Materialzusammensetzung des ersten und des zweiten Materials beziehungsweise je nach gewünschter Zusammensetzung des metallischen Gegenstands beziehungsweise der ersten und der zweiten Komponente des metallischen Gegen stands eine angepasste Lösung oder Kombination der genannten Möglichkeiten anwendbar.

Durch die Anpassung der Schwindungsverläufe aneinander, so- dass im zweiten thermischen Prozess die Schwindungsverläufe im Wesentlichen gleich sind, kann eine gleichmäßige Schwin dung des ersten und zweiten Grünkörpers während des zweiten thermischen Prozesses erreicht werden, was zu einem besseren Zusammenhalt, einer höheren Verbindungsfestigkeit der ersten und der zweiten Komponente des metallischen Gegenstands be ziehungsweise zu einem geringeren Verzug und zu einer höheren Dichte des metallischen Gegenstands führen kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird als erstes Materi al zur Fertigung des ersten Grünkörpers eine erste Material paste verwendet, welche erste Metallpartikel enthält, also Partikel eines ersten Metalls, also eine erste Metallpaste. Als zweites Material zur Fertigung des zweiten Grünkörpers wird eine zweite Materialpaste verwendet, welche zweite Me tallpartikel, also Partikel eines zweiten Metalls, enthält, also eine zweite Metallpaste.

Als Paste kann dabei eine Suspension verstanden werden, wel che die jeweiligen Metallpartikel sowie den entsprechenden Binder enthält und deren Konsistenz beispielweise streichbar, streichfest oder pastös ist, insbesondere derart, dass die Paste mittels eines Schablonendruckverfahrens verarbeitet werden kann.

Die ersten Metallpartikel unterscheiden sich beispielsweise von den zweiten Metallpartikeln. Insbesondere enthalten die ersten Metallpartikel Partikel aus einem oder mehreren ver schiedenen ersten Metallen oder Metalllegierungen. Die zwei ten Metallpartikel enthalten Metallpartikel aus einem oder mehreren zweiten Metallen oder Metalllegierungen. Die ersten und die zweiten Metalle unterscheiden sich dabei beispiels weise zumindest teilweise.

Durch die Verwendung von Materialpasten können zum einen Schablonendruckverfahren als additive Fertigungsverfahren eingesetzt werden, um die Grünkörper zu fertigen. Zum anderen können damit metallische, beispielsweise magnetische oder nicht-magnetische, erste und zweite Komponenten des metalli schen Gegenstands erzeugt werden.

Solche Konstruktionen aus metallischen und/oder nicht metal lischen Komponenten können insbesondere als oder für Elekt- robleche elektrischer Maschinen verwendbar sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden als erste Me tallpartikel ferromagnetische Metallpartikel verwendet und als zweite Metallpartikel werden nicht-magnetische Metallpar tikel verwendet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden als erste Me tallpartikel nicht-magnetische Metallpartikel verwendet und als zweite Metallpartikel ferromagnetische Metallpartikel verwendet .

Aus solchen Ausführungsformen resultiert ein metallischer Ge genstand, dessen erste Komponente ferromagnetisch ist und dessen zweite Komponente nicht-magnetisch ist oder umgekehrt. Solche Gegenstände können beispielsweise vorteilhaft als Elektrobleche für elektrische Maschinen, beispielsweise für Reluktanzmotoren, eingesetzt werden.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form werden als erste und als zweite Metallpartikel jeweils nicht-magnetische Metall partikel oder jeweils ferromagnetische Metallpartikel verwen det .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weisen die ersten Me tallpartikel in der ersten Materialpaste eine multimodale, insbesondere eine bimodale oder eine trimodale, Partikelgrö ßenverteilung auf.

Durch die multimodale Partikelgrößenverteilung kann ein mehr stufiges Verdichtungsverhalten des ersten Materials erzielt werden und ein entsprechendes mehrstufiges Schwindungsverhal ten. Ein solches mehrstufiges Schwindungsverhalten kann mit Vorteil zur Anpassung des Schwindungsverhaltens des ersten Materials an das Schwindungsverhalten des zweiten Materials ausgenutzt werden. So kann beispielsweise bei einer bimodalen Partikelgrößenverteilung ein zweistufiges Verdichtungs- und Schwindungsverhalten und bei einer trimodalen Partikelgrößen verteilung entsprechend ein dreistufiges Verdichtungs- und Schwindungsverhalten erzielt werden.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weisen die zweiten Me tallpartikel in der zweiten Materialpaste eine unimodale oder eine multimodale, insbesondere eine bimodale oder trimodale, Partikelgrößenverteilung auf.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form beinhaltet der erste thermische Prozess eine Bestrahlung des ersten Grünkörpers mit einer Mikrowellenstrahlung oder einer Infrarotstrahlung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der weitere thermische Prozess eine Bestrahlung des zweiten Grünkörpers mit Mikrowellenstrahlung oder Infrarotstrahlung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der zweite thermische Prozess eine Bestrahlung des thermisch vorbehan delten ersten Grünkörpers und des zweiten Grünkörpers oder des zweiten vorbehandelten Grünkörpers mit Mikrowellenstrah lung oder Infrarotstrahlung.

Mittels Mikrowellenstrahlung oder Infrarotstrahlung können eine effiziente und steuerbare Entbinderung und Vorsinterung beziehungsweise Sinterung erzielt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der erste Grünkör per mittels eines ersten Sieb- oder Schablonendruckverfahrens aus dem ersten Material additiv gefertigt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der zweite Grün körper mittels eines zweiten Sieb- oder Schablonendruckver fahrens aus dem zweiten Material additiv gefertigt.

Die Sieb- oder Schablonendruckverfahren sind insbesondere dreidimensionale Sieb- oder Schablonendruckverfahren.

Sieb- oder Schablonendruckverfahren zur dreidimensionalen ad ditiven Fertigung eignen sich gut zur Herstellung metalli scher, magnetischer oder nicht-magnetischer, Gegenstände. Insbesondere Komponenten von Blechen oder Elektroblechen für elektrische Maschinen können gut mittels Sieb- oder Schablo nendruckverfahren hergestellt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der metallische Gegenstand als Elektroblech für eine elektrische Maschine hergestellt .

Das bedeutet, bei dem metallischen Gegenstand handelt es sich um ein Elektroblech für eine elektrische Maschine. Gemäß einem zweiten unabhängigen Aspekt des verbesserten Kon zepts wird ein metallischer Gegenstand angegeben, der mittels eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept hergestellt ist und insbesondere als Elektroblech für eine elektrische Maschine, beispielsweise für einen elektrischen Generator o- der einen elektrischen Motor, insbesondere für einen Re luktanzmotor, ausgebildet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand konkreter Ausführungs beispiele und zugehöriger schematischer Zeichnungen näher er läutert. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschrei bung gleicher oder funktionsgleicher Elemente wird gegebenen falls nicht notwendigerweise in verschiedenen Figuren wieder holt.

In den Figuren zeigen

FIG 1, FIG 2, Verfahrensschritte einer beispielhaften

FIG 3 und FIG 4 Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept; und

FIG 5, FIG 6, Verfahrensschritte einer weiteren

FIG 7, FIG 8, beispielhaften Ausführungsform eines

FIG 9 und FIG 10 Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.

In den Figuren FIG 1 bis FIG 4 sind Verfahrensschritte einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstel lung eines magnetischen Gegenstands 1, im gezeigten Beispiel eines Elektroblechs für eine elektrische Maschine, gezeigt.

In FIG 1 wird ein erster Grünkörper 2 mittels einer ersten Metallpaste in einem dreidimensionalen Schablonendruckverfah ren additiv auf einem Substrat 4 gefertigt. Beispielsweise beinhaltet die erste Metallpaste nicht-magnetische Metallpar tikel. Der erste Grünkörper 2 wird dann mittels eines ersten Sinter prozesses vorgesintert. Dabei verändert sich das Volumen des ersten Grünkörpers 2 gemäß eines entsprechenden Schwindungs verlaufs .

In FIG 2 ist der vorgesinterte erste Grünkörper 2 gezeigt, dessen Volumen und Ausdehnung gegenüber dem in FIG 1 gezeig ten Grünkörper 2 verkleinert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die gezeigte Schwindung nicht notwendigerweise maßstabs getreu ist. Dies gilt auch für die restlichen Figuren.

In FIG 3 ist ein zweiter Grünkörper 3 gezeigt, der mittels einer zweiten Metallpaste durch ein weiteres Schablonendruck verfahren auf dasselbe Substrat 4 additiv gefertigt wurde.

Beispielsweise beinhaltet die zweite Metallpaste ferromagne tische Metallpartikel.

Das Substrat 4 mit dem vorgesinterten ersten Grünkörper 2 und dem zweiten Grünkörper 3 wird dann mittels eines zweiten Sin terprozesses final thermisch behandelt beziehungsweise final gesintert und entbindert.

In FIG 4 ist der dadurch resultierende metallische Gegenstand 1 in seiner finalen Form gezeigt.

Insbesondere weist der metallische Gegenstand 1 eine erste Komponente 2 ' auf, welche aus dem ersten Grünkörper 2 hervor geht, sowie eine zweite Komponente 3', welche aus dem zweiten Grünkörper hervorgeht.

Durch die Vorsinterung des ersten Grünkörpers 2 wird bei spielsweise erzielt, dass in dem zweiten Sinterprozess die Schwindungsverläufe des vorgesinterten ersten Grünkörpers 2 und des zweiten Grünkörpers 3 näherungsweise gleich oder je denfalls weniger unterschiedlich sind als dies ohne Vorsinte rung des ersten Grünkörpers 2 der Fall wäre. Optional kann beispielsweise die erste Metallpaste eine bimo- dale oder trimodale Partikelgrößenverteilung der ersten Me tallpartikel aufweisen, um dadurch eine zwei- oder dreistufi ge Verdichtungskurve des ersten Materials beziehungsweise der ersten Metallpaste zu erzielen und den Schwindungsverlauf be ziehungsweise das Verdichtungsverhalten noch besser an den zweiten Grünkörper 3 anzupassen. Dies gilt auch für die be züglich FIG 5 bis FIG 10 beschriebene Ausführungsform.

In den Figuren FIG 5 bis FIG 10 sind Verfahrensschritte einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines metallischen Gegenstands nach dem verbes serten Konzept gezeigt. Als Beispiel wurde derselbe metalli sche Gegenstand wie in den Figuren FIG 1 bis FIG 4 darge stellt .

In FIG 5 ist der erste Grünkörper 2 gezeigt, wie er auf ein erstes Substrat 5 mittels dreidimensionalem Schablonendruck gefertigt wurde. Es wird auf die Ausführungen zu FIG 1 ver wiesen.

In FIG 6 ist der zweite Grünkörper 3 gezeigt, der in diesem Ausführungsbeispiel auf ein separates zweites Substrat 6 ge fertigt wurde.

Insbesondere können der erste und der zweite Grünkörper 2, 3 unabhängig voneinander, beispielsweise auf unterschiedlichen Anlagen, gefertigt werden.

Nach der Fertigung der Grünkörper 2, 3 wird der erste Grün körper 2 in einem ersten Vorsinterverfahren vorgesintert, was zu einer Schwindung des ersten Grünkörpers 2 führt, wie in FIG 7 dargestellt.

Der zweite Grünkörper 3 wird unabhängig von dem ersten Grün körper 2 ebenfalls in einem weiteren Vorsinterprozess vorge sintert, was zu einer Schwindung des zweiten Grünkörpers 3 führt, wie in Figur FIG 8 dargestellt. Nach der Vorsinterung der Grünkörper 2, 3 werden diese zusam- mengefügt, wie in FIG 9 gezeigt.

Dazu können die einzelnen Teile des zweiten Grünkörpers 3 und/oder der erste Grünkörper 2 plastisch verformt werden, um die Grünkörper 2, 3 zu fügen.

Beide vorgesinterten Grünkörper 2, 3 werden dann in einem fi nalen Sinterprozess ebenfalls gemeinsam gesintert, um den me tallischen Gegenstand 1 zu erhalten, wie in FIG 10 darge stellt .

Durch die Vorsinterung sowohl des ersten Grünkörpers 2 als auch des zweiten Grünkörpers 3 können die Gesamtsinterdauern der beiden Grünkörper 2, 3 beziehungsweise Komponenten 2', 3' des metallischen Gegenstands 1 unabhängig voneinander einge stellt werden.

Auch hier ist eine bi- oder trimodale Partikelgrößenvertei lung der ersten oder zweiten Metallpartikel optional möglich, um das jeweilige Schwindungsverhalten der vorgesinterten Grünkörper 2, 3 während des zweiten und finalen Sinterprozes ses aneinander anzupassen.

Von dem verbesserten Konzept profitieren vor allem zweikompo- nentige Metallstrukturen. Insbesondere können Probleme durch die thermischen Prozessschritte aufgrund unterschiedlicher Schwindungsverläufe der verwendeten Metallpartikel oder Me tallpulver durch das verbesserte Konzept vermindert oder ver hindert werden.

Nach dem verbesserten Konzept können mit Vorteil unterschied lich gut sinterbare Werkstücke so miteinander kombiniert wer den, dass ein verzugsfreier und dichter Kompositkörper als metallischer Gegenstand entsteht. Je nach Erfordernissen können unterschiedliche, grundsätzlich miteinander inkompatible Bindersysteme für jedes der Materia lien verwendet werden, um den additiven Fertigungsvorgang, beispielsweise Schablonendruckvorgang, und das Ergebnis des Druckbildes, wie beispielsweise eine Kantensteilheit, eine

Design-Treue, eine Gründichte, etc. zu verbessern oder zu op timieren .