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Fertigung komplexer Titankomponenten durch Metal Injection Molding, 3D-Druck und pulvermetallurgische Verfahren
Element22 GmbH
Kiel · DeutschlandNeu auf Amplifa
Über Element22
Die Element22 GmbH mit Sitz in Kiel ist ein auf Titan spezialisiertes Technologieunternehmen und fertigt komplexe Bauteile mittels Metal Injection Molding (MIM), additiver Fertigung und weiterer pulvermetallurgischer Formgebungsverfahren wie Foliengießen, Diffusionsbonden und Strangpressen. Das Portfolio umfasst die komplette Prozesskette von Design for Manufacturing und Prozesssimulation über Spritzgießen, thermisches Entbindern und Sintern bis zu Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren, Glasperlenstrahlen, Polieren und Diffusionshärtung. Werkstoffe sind vor allem Reintitan und Ti6Al4V nach ASTM F2885-17 und F2989-13; zusätzlich werden Filamente und Pellets für den 3D-Druck angeboten. Die Bauteile mit Stückgewichten von 0,01 bis 200 g kommen unter anderem in der Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Mobilität, bei High-End-Consumerprodukten und in der Wasserstoff-Elektrolyse zum Einsatz. Seit 2017 beträgt die Produktionskapazität rund 60 Tonnen Fertigprodukt pro Jahr; Losgrößen reichen von Prototypen ab 10 Teilen bis zu über einer Million Teilen pro Jahr. Die Produktion am Standort Kiel arbeitet mit erneuerbaren Energien und einem zertifizierten Qualitätsmanagementsystem.
- Standort
- Kiel
- Verfahren
- Metal Injection Molding (MIM), Cold Metal Fusion (CMF, SLS-basiert), Metal Binder Jetting (MBJ), Lithography-based Metal Manufacturing (LMM), Fused Pellet Fabrication (FPF, Pellet Printing), Fused Filament Fabrication (FFF/FDM, Filament Printing), Tape casting (Foliengießen), Diffusion Bonding
- Werkstoffe
- Ti6Al4V, Unalloyed Titanium (Reintitan), Titanium powder (Feinpulver, MIM Feedstock), Ti6Al4V PEL4-01A (Pellets), Ti6Al4V FIL01A (Filament), Keramik (für Diffusionsbonden), Ti6Al4V (ASTM F2885-17), Reintitan (ASTM F2989-13)
- Zertifikate
- ISO 9001:2015, EN 9100:2018 (äquivalent zu AS9100D), EN ISO 13485:2016, EN 9100:2018
- Gegründet
- 2011
- Branchen
- Medizintechnik (CRM, Orthopädie, Spine, Dental), Luft- und Raumfahrt, Mobilität & Transport, High-End-Consumerprodukte, Erneuerbare Energien / Wasserstoff-Elektrolyse, High-End-Consumerprodukte (Handys, Uhrengehäuse, Golfschläger)
- 01
Design for Manufacturing
- 02
Prozesssimulation (Molding/Sintern)
- 03
Werkzeugbeschaffung (Kooperation mit Werkzeugbauern)
- 04
Spritzgießen bzw. 3D-Druck / alternative Formgebung
- 05
Thermisches Entbindern (Debind)
- 06
Sintern
- 07
Oberflächenbehandlung
- 08
Qualitätsprüfung & Qualifikation
Werkstoffe & Verfahren
Ti6Al4V (ASTM F2885-17)
Titanlegierung für MIM- und 3DP-Bauteile mit hohen statischen und dynamischen Festigkeitsanforderungen, u. a. implantierbar.
Reintitan (ASTM F2989-13)
Unlegiertes Titan für MIM-Bauteile für chirurgische Implantatanwendungen.
Titan-Feinpulver / MIM-Feedstock
Feinpulver als Basis für MIM-Feedstock, Filamente und Pellets.
Ti6Al4V Filament (FIL01A)
MIM-basiertes Filament für FFF/FDM-Druck mit anschließendem Debind & Sinter.
Ti6Al4V Pellets (PEL4-01A)
Granulat auf MIM-Feedstock-Basis für Pellet-Extrusions-3D-Drucker.
Keramik
Einsatz beim Diffusionsbonden von Metall- und Keramikteilen.
Standorte
Kiel
DEProduktion und Verwaltung
- Stückgewicht / Größe
- 0,01–200 g (MIM)
- Losgröße
- Prototypen (10–100 Teile), Kleinserie (100–5.000), Serien (5.000 bis >1 Mio.)
- Werkstoffe
- Titan, Ti6Al4V
- Spritzgießmaschinen (MIM) mit Pick-and-Place-Robotik
- Debind & Sinter Öfen (TiGEN / MUT Advanced Heating)
- SLS 3D-Drucker (Cold Metal Fusion)
- LMM Drucktechnik (Lithography Metal Printing)
Bauteile
Einblicke in die Fertigung
Branchen
Verfahren & technische Grenzen
| Verfahren | Toleranz | Max. Bauteil | Gewicht | Losgröße | Werkstoffe |
|---|---|---|---|---|---|
| Metal Injection Molding (MIM)Guss | +/-0.4% des Nennmaßes · Ra 1 µm (as sintered) | – | 0,01 g – 200 g | 10 Teile (Prototypen) – >1 Mio. Teile/Jahr | Titan, Ti6Al4V |
| Cold Metal Fusion (CMF, SLS-basiert)Additiv | – | – | – | – | Titan, Ti6Al4V |
| Metal Binder Jetting (MBJ)Additiv | – | – | – | – | Titan |
| Lithography-based Metal Manufacturing (LMM)Additiv | – | – | – | – | Titan |
| Fused Pellet Fabrication (FPF, Pellet Printing)Additiv | – | – | – | – | Titan, Ti6Al4V |
| Fused Filament Fabrication (FFF/FDM, Filament Printing)Additiv | – | – | – | – | Ti6Al4V |
| Tape casting (Foliengießen)Guss | – | – | – | – | Titan und Titanlegierungen |
| Diffusion BondingFügen | – | – | – | – | Metall, Keramik (Titan und Legierungen) |
| Porous parts and coatings (poröse Bauteile und Beschichtungen)Oberfläche | – | – | – | – | Titan und Titanlegierungen |
| Extrusion (Profilstrangpressen)Umformung | – | – | – | – | Titan und Titanlegierungen |
| Thermal Debinding & Sintering (auch als Dienstleistung für 3DP-Teile)Wärmebehandlung | – | – | – | – | Titan und Legierungen, Ti6Al4V |
| Oxide Diffusion Hardening (ODH)Wärmebehandlung | – | – | – | – | Titan |
| Nitride Diffusion Hardening (NDH)Wärmebehandlung | – | – | – | – | Titan |
| Anodizing (Eloxieren/Färben von Titan)Oberfläche | – | – | – | – | Titan |
| Oberflächenveredelung (bead blasting, mechanisches Polieren, Bürsten, Trowalisieren/Tumbling)Oberfläche | – | – | – | – | Titan |
| Design for Manufacturing (DFM)Engineering | – | – | – | – | Titan |
| Molding SimulationEngineering | – | – | – | – | Ti6Al4V, Titan |
| Sinter-SimulationEngineering | – | – | – | – | Titan |
| Qualität & Qualifikation (dimensionelle Berichte, Gefügeanalyse, chemische/mechanische Analyse)Prüfung | – | – | – | – | Titan, Ti6Al4V |
| Molding tools (Spritzgießwerkzeuge: Multi-Cavity, Micro MIM, Insert-Molding, Multi-Slider,Engineering | – | – | – | – | Stahl (Werkzeug) |
| 3DP-Materialien: Filament und Pellets (Ti6Al4V)Kunststoff | – | – | – | – | Ti6Al4V |
| Laser cutting für poröse Titanwerkstoffe (Projekt, PEM-Elektrolysekomponenten)Zerspanung | – | – | – | – | Titan (porös) |
5 Anlagen & Maschinen
| Maschine | Hersteller / Modell | Anzahl | Arbeitsraum | Baujahr | Standort |
|---|---|---|---|---|---|
| Debind & Sinter Öfen (thermisches Entbindern und Sintern) | MUT Advanced Heating GmbH / Titanium Generation (TiGEN) | – | – | – | Kiel |
| SLS 3D-Drucker (für Cold Metal Fusion) | – | – | – | – | Kiel |
| LMM Drucktechnik (Lithography Metal Printing) | – | – | – | – | Kiel |
| Spritzgießmaschinen (MIM) mit Pick-and-Place-Robotik | – | – | – | – | Kiel |
| Laserschneidanlage (poröse Titanwerkstoffe, Projekt mit Fraunhofer ILT) | – | – | – | – | Kiel |
Zusatzleistungen
Qualität
Element22 verfügt über ein nach ISO 9001:2015, EN ISO 13485:2016 und EN 9100:2018 zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem. Die Prüfung erfolgt mit hochpräzisen Messmitteln inklusive dimensioneller Berichte, Gefügeanalyse, chemischer und mechanischer Analyse, Härte- und Ermüdungsprüfungen.
| Nachweis | Kiel |
|---|---|
| ISO 9001:2015 | |
| EN ISO 13485:2016 | |
| EN 9100:2018 |
Historie
- 1980er
Entwicklung der technologischen Grundlagen des Titan-MIM-Verfahrens durch Fraunhofer IFAM Bremen und Helmholtz-Zentrum Geesthacht
- 2006
Erste implantierbare Titan-MIM-Teile in Europa, Asien und Südamerika zugelassen
- 2011
Gründung der Element22 GmbH durch CEO Matthias Scharvogel
- 2012
Erste FDA-Zulassung eines Ti6Al4V MIM-Teils zur Implantation in den USA
- 2014
Beginn der Entwicklung von Simulationstools für Molding und Sintern
- 2017
Gründung des Joint Ventures Titanium Generation GmbH mit MUT Advanced Heating; Ausbau der Kapazität auf ca. 60 t/Jahr
- 2019
Hochskalierung der Serienproduktion
- 2020
Implementierung mehrerer 3D-Druck-Technologien und Zertifizierung nach EN/AS 9100