Kunststofftechnik Leoben - Zweijahresbericht 2015 - 2016

© Montanuniversität
AUF EINEN BLICK
• Partner: HAGE Sondermaschinenbau GmbH & Co KG,
OBE GmbH & Co. KG, et. al.
• Förderung: Europäische Union - Forschungs- und Innovationsprogramm
Horizon 2020 (Projektn. 636881)
• www.repromag-project.eu
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Stephan Schuschnigg
stephan.schuschnigg@unileoben.ac.at
+43 3842 402 3511
REProMag - ressourceneffiziente Herstellung von Seltenen Erden Magneten aus Recyclingmaterial
REProMag - resource efficient production of rare earth magnets from recycling material
In dem von der Europäischen Union finanziertem Projekt
REProMag wird ein innovatives und ressourcensparendes Verfahren
zur Produktion von Seltenen Erden Magneten entwickelt,
welches eine 100 % abfallfreie Produktionskette sicherstellt. In
einem Vorgängerprojekt hat die Universität Birmingham eine Recyclingmethode
für Neodym-Eisen-Bor (Ne-Fe-B)-Hartmagnete aus
Festplatten entwickelt, in der das Material separiert wird und unter
Wasserstoff zu hydriertem Pulver zerfällt. Nach weiteren Verarbeitungsschritten
kann das Pulver mit Kunststoffen compoundiert und
mittels Pulverspritzgießen oder einer additiven Fertigungsmethode
für die Fertigung von Bauteilen eingesetzt werden.
Der Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung konzentriert sich auf die
additive Fertigungstechnologie des Fused Filament Fabrication (FFF).
Dabei wird ein Kunststofffilament in eine Düse befördert, aufgeschmolzen
und extrudiert. Dieser extrudierte Strang wird schichtweise
auf die erwünschte Geometrie abgelegt und erzeugt, basierend
auf CAD-Dateien, das reale Bauteil.
Die häufigsten genutzten Materialien beim FFF sind PLA und ABS,
da diese Materialien relativ einfach aufschmelzen und gute mechanische
Eigenschaften aufweisen. Für eine effiziente Produktion
von Kunststoffcompounds und Bauteile mit Ne-Fe-B ist ein hoher
Füllgrad notwendig, damit ein möglichst dichtes und porenfreies
Bauteil gewährleistet werden kann. Zumindest zwei verschiedene
Kunststoffe sind für den Compound notwendig. Die erste Komponente
wird in einem Lösemittel aufgelöst, während der restliche
Binder in einem zweiten Schritt thermisch zersetzt wird. Dabei sintert
das Pulver zu einem homogenen Bauteil zusammen. Die größte
Herausforderung bei diesen hochgefüllten Compounds ist nicht
nur das Mischen, sondern auch die Auswahl der geeigneten Materialkombinationen
unter der Berücksichtigung der nachfolgenden
Produktionsschritte.
Nach umfangreichen Versuchen konnte eine erfolgreiche Mischung
formuliert werden, welche ca. 80 Gew.-% Ne-Fe-B Pulver beinhaltet.
Dieses Material wurde am Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung
gemischt, zu Filamenten verarbeitet und bei der Firma HAGE
Sondermaschinenbau GmbH & Co KG in einem magnetischen Feld
zu komplexen Formen gedruckt. Die gedruckten Bauteile konnten
bei der Firma OBE GmbH & Co. KG erfolgreich entbindert und gesintert
werden, um komplex geformte Magnete zu erhalten.
In ReproMag, a project financed by the European Union, an innovative
and resource efficient production route for sintered
rare-magnets is being developed, ensuring a 100 % wastefree
manufacturing chain. In a prior project the University of
Birmingham developed a method for extracting neodymium
iron boron (Ne-Fe-B) hard magnets from hard drives, in which
the material decays under hydrogen atmosphere to powder.
After further processing steps, such powder can be compounded
with polymers and be used to fabricate parts via powder injection
molding or additive manufacturing technologies.
The Institute of Polymer Processing focuses on the AM technology
Fused Filament Fabrication (FFF). Briefly, in the FFF process a
filament is conveyed to a die, melted and extruded. The extruded
strand is then deposited layer by layer, resulting in a printed part
with any desired geometry based on a CAD file.
The most commonly used materials in FFF are PLA and ABS, as
they melt easily and have good mechanical properties. For an efficient
production of the polymer compound with Ne-Fe-B and their
parts, a high filling degree is required to ensure a dense packing
and no void formation after sintering. At least two different polymers
– the backbone and binder – are needed in the compound for
the post processing steps. The first polymeric binder system in the
compound should be debound by a solvent and the rest should decompose
thermally in a second step, ensuring that the powder sinters
to a homogeneous part. The main challenge of a highly filled
compound is not only the mixing, but also the selection of appropriate
polymer combinations and subsequent processing steps.
After many experiments, a promising compound consisting
of roughly 80 w% Ne-Fe-B was developed. The developed
compound was mixed and extruded to filaments
at the Institute of Polymer Processing and the project partner,
HAGE Sondermaschinenbau GmbH & Co KG, printed the part in
a magnetic field. Another partner, OBE GmbH & Co. KG, debound
and sintered the printed parts to obtain complex formed magnets.
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