Mikro-Ingenieure können bereits aus einer ganzen Reihe von Verfahren wählen, um Strukturen und Bauteile zu fertigen. Leider hat jede Methode Nachteile. Entweder ist sie teuer, eignet sich nicht für die Serienproduktion oder ist nur für bestimmte Materialien einsetzbar. Daher entwickeln Astrid Rota und ihre Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen den Metallspritzguss für die Mikro-Fertigung weiter. Ihr Testobjekt sind Zahnräder von unter einem Millimeter Größe.

Im Prinzip funktioniert das Verfahren noch wie Makro-Spritzguss: Ein Metallpulver wird bei etwas über hundert Grad Celsius mit einem Kunststoff-Binder versetzt, unter Hochdruck in Formen gepresst und härtet dort aus. Anschließend wird der Binder durch organische Lösungsmittel oder Erhitzen ausgetrieben. Der so entstandene poröse Rohling wandert in einen Ofen, wo er bei 75 Prozent der Metall-Schmelztemperatur zu einem soliden Bauteil "verbackt".

In herkömmlichen Metallpulvern messen die Körner im Mittel etwa zwanzig Mikrometer. Für Mikrobauteile mit glatten Oberflächen und feinen Strukturen dürfen die Partikel jedoch maximal fünf, möglichst nur ein bis drei Mikrometer groß sein. Weil das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen dadurch stark steigt, erfordert das mehr Bindemittel. Es entsteht ein Metallschwamm mit größeren Hohlräumen, der beim Sintern stärker und unvorhersagbar schrumpft.

Die IFAM-Gruppe arbeitet daran, die benötigte Bindermenge zu reduzieren. Das gelingt, wenn man die Substanz flüssiger macht; dann hüllt auch eine geringere Menge die Metallkörnchen vollständig ein. Da aber gerade die zähflüssigen Bestandteile des Binders die Metallrohlinge stabilisieren, sind diese dann anfälliger für Kratzer oder abgebrochene Ecken.

Bei Makro-Spritzgussteilen ist das kein großes Problem, Teile im Mikro-Format können so aber schnell unbrauchbar werden. Rotas Gruppe experimentiert nun mit verschiedenen Komponenten – Polyethylen und Wachsen wie Paraffin –, um einen Mix zu finden, der den Widerspruch zwischen Fließeigenschaften und Härte beseitigt.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 12 / 2001, Seite 80
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