Technologien

Metall 3D-Druck

Was ist Metall 3D-Druck?

Der Metall 3D-Druck kann in zwei große Gruppen unterteilt werden. Zum einen gibt es die Laserbasierten Druckverfahren wie Selective Laser Melting (SLM), Elektronenstrahlschmelzen (EBM) und Direct Metal Laser Sintering (DMLS) sowie die Sinterbasierten Verfahren wie Metall FDM 3D-Druck und Metall Binder Jetting.

Die aus den Verfahren resultierenden Teile können Hinterschneidungen und sonstige sehr komplexe Geometrien haben, die sich in der konventionellen Fertigung (mechanisch / gießen) nicht herstellen lassen.

Selektives Laserschmelzen (SLM)

SLM-Drucker arbeiten wie SLS mit dem Pulverbettschmelzverfahren, um Gegenstände herzustellen. Das Metallpulver wird nach und nach durch einen Laser geschmolzen, um die gewünschte Form zu erzeugen. SLM-Drucker benötigen im Gegensatz zu SLS-Druckern Stützstrukturen. Metalle wiegen mehr als die Thermoplaste, die normalerweise mit SLS-Maschinen gedruckt werden, da sie dichter und schwerer sind. Aufgrund des Gewichts von Metall sind Stützvorrichtungen erforderlich, um die gedruckten Teile während der Herstellung in Position zu halten.

Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS)

Beim DMLS-Drucken wird das Metallpulver in der Druckkammer gerade so lange erhitzt, dass die molekulare Fusion stattfinden kann, aber nicht so lange, dass es schmilzt. Die Bauplattform wird mit einer dünnen Schicht Pulver bedeckt, woraufhin der Laser jede Schicht des Modells selektiv sintert. Eine neue Pulverschicht wird aufgetragen, die Bauplattform wird nach unten verschoben, und der Vorgang wird wiederholt.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

Beim EBM-Druckverfahren wird leitfähiges Metallpulver mit Hilfe eines Elektronenstrahls gesintert, der durch elektromagnetische Spulen geführt wird. Nachdem das Pulver in den Drucker eingeführt wurde, wird der Innendruck verringert, um ein Vakuum zu erzeugen. Sobald der ideale Innendruck erreicht ist, wird die Bauplattform erhitzt. Sobald die Bauplattform die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird eine kleine Schicht Pulver auf die Bauplattform aufgetragen. Wenn der Elektronenstrahl das Pulver berührt, kommt es zu einer Reaktion, die das Pulver zum Erstarren bringt. Der Elektronenstrahl führt dies für jede Schicht durch und trifft nur an bestimmten Stellen auf das Pulver, um das Teil aufzubauen.

Metall Binder Jetting (MBJ)

Bei dem Metall Binder Jetting wird pro Schicht eine dünne Ebene Metallpulver mit einem Druckkopf verklebt. Das Verfahren eigenen sich auch für die Produktion von hohen Stückzahlen und hat eine ausgezeichnete Präzision und Oberflächengüte.

Metall FDM 3D-Druck

Metall FDM 3D-Druck ermöglicht das Produzieren von Metallbauteilen ohne Pulverhandling und ohne Schutzausrüstung. Somit können hochwertige Metallteile in allen Umgebungen gedruckt werden.

Cold Metal Fusion

Der CMF-Druck und der Powder Bed Fusion (PBF)-Druck sind zwar relativ ähnlich, aber der CMF-Druck benötigt weit weniger Energie, da nur das Bindemittel, das das Pulver zusammenhält, und nicht das Metallpulver geschmolzen wird. Dadurch wird die Druckgeschwindigkeit erhöht und es werden keine Kühlkörper benötigt.

Komplexe Formen möglich

Schnelle Fertigung

Große Werkstoffauswahl

Die Arbeitsschritte des Sinterbasierten Metall 3D-Drucks

1. Vorbereiten der Daten

Im ersten Schritt werden die STL- oder CAD-Dateien an die Software übergeben. Hier werden Stützstrukturen automatisch generiert und Parameter basierend auf der Geometrie und dem Material an den Druck übergeben.

2. Drucken

Je nach Fertigungstechnologie entsteht hier entweder durch Extrusion oder durch Verkleben von Metallpulver das Grünteil. Das Bauteil besteht nach diesem Schritt aus Metallpulver und Bindemittel.

3. Entbinden

Mithilfe der Entbindeflüssigkeit wird aus dem Grünteil das Primärbindemittel gelöst. Dadurch entsteht im gesamten Teil eine offenporige Struktur, die das Sintern erleichtert. Nicht alle Verfahren benötigen diesen Schritt.

4. Sintern

Das Teil wird dann nahe der spezifischen Temperatur gesintert, wodurch verbleibendes Bindemittel entfernt und die Metallpartikel verschmolzen werden. Das fertiges Metallteil hat eine Dichte von ca. 96-99,8%.

5. Entfernen der Supports

Währen die meisten Bauteile ohne Supports produziert werden können, benötigen gewisse Überhänge eine Stützstruktur im Sinterofen. Diese Supports können nach dem Sintern von Hand entfernt werden.

6. Post Processing

Die Bauteile können im Nachgang weiter bearbeitet werden. Die Bauteile können wir jedes andere Metallbauteil mechanisch bearbeitet werden. Häufig können die Bauteile ohne weiteres Bearbeiten verwendet werden.

Vor- und Nachteile des Sinterbasierten Metall 3D-Drucks

  • Stützstrukturen von Hand entfernen
  • Hohe Detailgenauigkeit
  • Hohe Festigkeit & temperaturbeständig
  • Hohe Stückzahlen möglich
  • Kostengünstige Bauteile
  • Große Materialauswahl
  • Etwas raue Oberfläche
  • Nicht alle Legierungen verfügbar
  • Teilweise Pulverhandling

Anwendungen

Luft- und Raumfahrt

Durch die Fertigung von Bauteilen mit komplexen Geometrien aus Metall kann im Bereich Luft- und Raumfahrt erheblich Gewicht eingespart werden. Beispielhaft sind Kabinenkomponenten und Topologieoptimierte Bauteile, welche in der Kleinserienfertigung produziert werden.

Automobilindustrie

In der Automobilindustrie wird der Metall 3D-Druck insbesondere für das Prototyping und die Serienfertigung eingesetzt. So können Prototypenfahrzeuge und Vorserienmodelle in kürzester Zeit realisiert werden. Zudem können komplexe Bauteile in hohen Stückzahlen gedruckt werden.

Medizintechnik

Mit unzähligen Anwendungen in der Medizintechnik wird der Metall 3D-Druck hier unter anderem für Werkzeuge, Implantate und Operationshilfen eingesetzt. Aufgrund der meist geringen Stückzahlen ist der Metall 3D-Druck hier besonders wichtig.

Konsumgüter

Hersteller von Konsumgütern können den 3D-Metalldruck für die schnelle Erstellung von Prototypen und das Testen neuer Designs nutzen, um die Funktionalität und das Feedback des Marktes zu prüfen, sowie als flexible Fertigungslinie für die Produktion von Kleinserien und regional angepassten Produkten, die eine größere Designfreiheit für die Produktanpassung ermöglichen.

Herstellung von Werkzeugen

Für Unternehmen, die Fertigungswerkzeuge herstellen, kann der 3D-Druck eine unschätzbare Ressource sein, denn er ermöglicht die schnelle und kostengünstige Herstellung komplexer kundenspezifischer Werkzeuge und den problemlosen Austausch von Werkzeugen bei Bedarf, was die Ausfallzeiten der Fertigungslinien reduziert.

Bildung

Durch Investitionen in den 3D-Metalldruck können Bildungseinrichtungen ihren Schülern die Werkzeuge an die Hand geben, mit denen sie ihre Arbeit zum Leben erwecken können, und ihnen helfen, wichtige berufliche Fähigkeiten zu erwerben.

Industrielle Metall 3D Drucksysteme

Desktop Metal

Production System P-50

Das Desktop Metal Production System P-50 wurde von Pionieren der Binder-Jetting- und Single-Pass-Inkjet-Technologie entwickelt und ist derzeit das schnellste additive Fertigungsverfahren für die Massenproduktion.

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Desktop Metal

Production System P-1

Das Binder-Jetting-System mit offener Plattform, ist ideal für die Serienproduktion kleiner, komplizierter Teile sowie für die Prozess- und Materialentwicklung.

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Desktop Metal

Shop System

Im Vergleich zu konventionellen Produktionsverfahren und der laserbasierten additiven Fertigung, ist das Shop System von Desktop Metal eine End-to-End-Lösung. Dabei wird die Single-Pass-Binder-Jetting-3D-Drucktechnologie genutzt, um hochauflösende 3D-Druckteile schnell und kostengünstig herzustellen.

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Desktop Metal

Studio System 2

Das Studio System 2 von Desktop Metal, nutz die extrusionsbasierte Drucktechnologie, und kombiniert durch das nachgelagerte Sinterverfahren, die „Fused Filament Fabrication“-Technologie (FFF) mit dem Metallspritzguss (MIM).

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Desktop Metal

X160Pro

Das Binder-Jetting System von Desktop Metal, bietet eine offene Materialplattform und kann von grobem Sand, Keramik und anderen Spezialmaterialien bis hin zu ultrafeinen MIM-Pulvern (Metal Injection Moulding) zuverlässig verarbeiten. Der X160Pro verwendet Triple ACT (Advanced Compaction Technology). Er ist mit 4 piezoelektrischen Druckköpfen (4.096 Düsen) versehen, die unidirektional arbeiten.

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Desktop Metal

X25Pro

Das Binder-Jetting System von Desktop Metal, bietet eine offene Materialplattform und kann von grobem Sand, Keramik und anderen Spezialmaterialien bis hin zu ultrafeinen MIM-Pulvern (Metal Injection Moulding) zuverlässig verarbeiten. Der Desktop Metal X25Pro verwendet Triple ACT (Advanced Compaction Technology). Er ist mit 2 piezoelektrischen Druckköpfen (2.048 Düsen) versehen, die unidirektional arbeiten.

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Desktop Metal

InnoventX

Das Binder-Jetting System von Desktop Metal, bietet eine offene Materialplattform und kann von grobem Sand, Keramik und anderen Spezialmaterialien bis hin zu ultrafeinen MIM-Pulvern (Metal Injection Moulding) zuverlässig verarbeiten. Der InnoventX verwendet Triple ACT (Advanced Compaction Technology). Er ist mit einem piezoelektrischen Druckkopf (256 Düsen), der unidirektional ist, aber auf bidirektional programmiert werden kann.

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XYZprinting

MfgPro236 xS

Der Materialhersteller Headmade hat mit dem Cold Metal Fusion Verfahren einen neuen Prozess für die Herstellung von Metallbauteilen entwickelt. Das Headmade Metallpulver kann auf industriellen SLS Anlagen verarbeitet werden. Die Bauteile werden nach dem lasersinter Prozess in einem Sinterofen ausgebrannt. Das Pulver ist ideal für die XYZprinting MfgPro236 xS Sinteranlage.

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XYZprinting

MfgPro230 xS

Der Materialhersteller Headmade hat mit dem Cold Metal Fusion Verfahren einen neuen Prozess für die Herstellung von Metallbauteilen entwickelt. Das Headmade Metallpulver kann auf industriellen SLS Anlagen verarbeitet werden. Die Bauteile werden nach dem lasersinter Prozess in einem Sinterofen ausgebrannt. Das Pulver ist ideal für die XYZprinting MfgPro230 xS Sinteranlage.

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Beratung

Unser Expertenteam unterstützt Sie bei der Werkstoffauswahl und findet für den Anwendungsfall den geeigneten Metall 3D-Druck Prozess.

Gerne beraten wir Sie, welcher Werkstoff und welches Fertigungsverfahren für Ihren Anwendungsbereich in Frage kommt. Mit dem verschiedenen Verfahren können Materialien wie Edelstahl, Kupfer, Titan, Hartmetall und Inconel verarbeitet werden.

Ahmet Destan Leiter Business Unit Metall