Entwicklung der Prozesstechnologie für massive metallische Gläser auf Platinbasis mit dem Ziel einer Industrialisierung am Beispiel des Uhren- und Schmucksektors

Platinbasierte massive metallische Gläser (Pt-MMG) sind revolutionäre Schmucklegierungen mit besonderen Eigenschaften. Ihre hervorragende Oberflächengüte und hohe Gusshärte (400–500 HV1) begünstigt die präzise, formgetreue Abbildung und macht die Nachbearbeitung überflüssig. Pt-MMG sind hart wie Stähle, besitzen aber eine kunststoffähnliche Elastizität und Flexibilität. In einem Forschungsprojekt konnten diese Platingläser erstmals mit dem in der Schmucktechnologie etablierten Feingießverfahren verarbeitet werden. Dank ihrer einzigartigen Qualitäten eröffnen sich der Luxusgüterindustrie damit völlig neue Designmöglichkeiten.

Dem fem und seinem Forschungspartner LMW ist es gelungen, gemeinsam mit Partnern aus der Industrie das industrielle Potenzial von Pt-MMG am Beispiel von Uhren- und Schmuckanwendungen zu demonstrieren und den Technologiereifegrad anzuheben. Mit den amorphen Platinlegierungen konnten feine Geometrien mit komplexen Füllwegen realisiert werden. Die Schmuckobjekte sind trotz ihrer filigranen Struktur mechanisch stabil und weisen eine außerordentlich hohe elastische Verformbarkeit auf. Im Druckgusserfahren konnten zudem auch massivere Bauteile wie Uhrenlünetten hergestellt werden. KMU bietet diese neue Technologie die Chance, in den Platinschmuckmarkt einzusteigen und ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen.

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Danksagung: Das IGF-Vorhaben 21469 N der Forschungsvereinigung Verein für das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) wurde über die AIF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Additive Fertigung von Platinlegierungen mittelsselektiven Laserschmelzens

In diesem Projekt erfolgte die Optimierung der Verarbeitung von Platinlegierungen mittels selektiven Laserschmelzens. Das Verfahren weist besondere Vorteile im Vergleich zu den Herausforderungen und Problemen beim Feinguss auf. Die Herstellung von Bauteilen aus Platinlegierungen für verschiedene Anwendungen konnte demonstriert werden. Im Fokus stand der Forschung stand der Einfluss der Legierungszusammensetzung. Des Weiteren erfolgte eine Optimierung der Dichte und Oberflächenqualität durch die gezielte Variation der Laserparameter sowie der Stützengeometrie. Der Vergleich der Bauteilqualität mit konventionellen Produktionstechniken (insbesondere Feinguss und spanende Fertigung aus mechanisch verformtem Material) wurde angestrebt.

Durch die Individualisierung der Schmuckstücke zeigt sich ein Trend, in welchem die additive Fertigung einen großen Vorteil gegenüber des Gießprozesses aufweist. Durch die gezeigte Umsetzbarkeit ist es möglich, Bauteile mit komplexen Geometrien herzustellen. Voraussetzung ist hierbei, dass bei gewünschter Oberflächengüte und geringer Porosität, jedes Bauteil sehr genau evaluiert und anschließend dementsprechend gestützt werden muss.

ACKNOWLEDGEMENT

Das IGF-Vorhaben 20670 N der Forschungsvereinigung Verein für das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Entwicklung, Herstellung und thermoplastisches Formen nickelfreier, platinbasierter und biokompatibler metallischer Massivgläser

Das Forschungsvorhaben zielte darauf ab, die prinzipielle Eignung von massiven metallischen Gläsern (MMG) auf Platinbasis als Schmuckwerkstoff zu untersuchen und eine Basis für deren industriellen Einsatz zu schaffen. Hierfür sollten für die entwickelten Legierungen Eigenschaftsprofile ermittelt werden, die den Transfer in die industrielle Praxis erleichtern. Die Herstellung einer P-haltigen Vorlegierung und ein geeignetes Recyclingkonzept sollten im Hinblick auf die in der Industrie angewendeten Prozesse erarbeitet werden. Ein weiteres Ziel war die Evaluierung der Übertragbarkeit von Anlagen- und Prozesstechnik des Schmuckgusses auf die Prozessierbarkeit der Platingläser. Zudem sollte der Einsatz von thermoplastischen Formgebungsverfahren die mögliche Designvielfalt aufzeigen.

Im Rahmen des Projekts wurde die prinzipielle Eignung der Platingläser als Schmuckwerkstoff aufgezeigt. Die Machbarkeit der Vorlegierungsherstellung, des Feingusses und der Edelmetallscheidung im industriellen Prozess ließen sich nachweisen. Es ist gelungen, einen Technologie-Reifegrad von ca. 3 zu erzielen und ein neues, auf diesen Resultaten basierendes Projekt erfolgreich zu beantragen. Ziel der weiterführenden Forschungsarbeit ist es, einen Technologie-Reifegrad von 5 bis 6 zu erzielen; das entspricht der Demonstration der Prozesstechnik in Einsatzumgebung.

ACKNOWLEDGEMENT

Das IGF-Vorhaben 19979 N der Forschungsvereinigung Edelmetalle + Metallchemie wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Qualifizierung des Selektiven Laserschmelzens von Edelmetallen als Fertigungsverfahren in der Uhren- und Schmuckindustrie

Das Ziel des Forschungsprojektes war die Herstellung von selektiv lasergeschmolzenen Schmuckteilen aus Goldlegierungen mit komplexen Geometrien, die sich mit konventionellen Methoden der Schmuckherstellung nicht herstellen lassen. Der Fokus lag auf der Optimierung der Dichte und Oberflächenqualität, die durch eine Optimierung der Verfahrensparameter, der verwendeten Legierungen und der Behandlung der Legierungspulver erreicht wurde. Ein besonderes Augenmerk lag zudem auf dem verfahrensgerechten Design der zu bauenden Teile.

Gold- und Silberlegierungen sind durch das Laserschmelzen besonders schwierig zu verarbeiten. Bei der Wellenlänge der üblicherweise verwendeten YAG-Laser von 1070 nm zeigen Gold, Silber und Kupfer praktisch eine Totalreflexion. Das Laserschmelzen von Edelmetallen stellt also eine besonders hohe Herausforderung dar. Durch geeignete Legierungsmaßnahmen und Parametervariationen wurde die Verarbeitung von 18k Gelbgold-Legierungen in mehreren Schritten optimiert. Eine erste Verbesserung der Dichte und der Oberflächenqualität wurde durch eine Parameterstudie erzielt, in der die Schichtstärke, die Überlappung der Laserbahnen und die Lasergeschwindigkeit variiert wurden.

ACKNOWLEDGEMENT

Das IGF-Vorhaben 17729 N der Forschungsvereinigung Edelmetalle + Metallchemie wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.