3D-Drucker
Hochwertige 3D-Drucker
Was ist Metall 3D-Druck?
Der Metall 3D-Druck kann in zwei große Gruppen unterteilt werden. Zum einen gibt es die laserbasierten Druckverfahren wie Selektives Laserschmelzen (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-Drucker mit dem Pulverbettschmelzverfahren. Das Metallpulver wird nach und nach durch einen Laser geschmolzen, um die gewünschte Form des Druckteils zu erzeugen. SLM-Drucker benötigen im Gegensatz zu SLS-Druckern Stützstrukturen, um die gedruckten Teile während der Herstellung in Position zu halten. Dies liegt an der höheren Dichte und dem höheren Gewicht von Metallen im Gegensatz zu Thermoplaste, die normalerweise mit SLS-Maschinen gedruckt werden.
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, der durch elektromagnetische Spulen geführt wird, gesintert. Nachdem das Pulver in den Drucker eingeführt wurde, verringert sich der Innendruck, um ein Vakuum zu erzeugen. Ist der ideale Innendruck erreicht, wird die Bauplattform erhitzt und sobald diese die gewünschte Temperatur erlangt hat, wird eine kleine Schicht Pulver aufgetragen. Wenn der Elektronenstrahl auf das Pulver trifft, 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)
Beim Metall Binder Jetting wird pro Schicht eine dünne Ebene Metallpulver mit einem Druckkopf verklebt. Das Verfahren eignet 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 sich relativ ähnlich. Jedoch benötigt der CMF-Druck weitaus weniger Energie, da nur das Bindemittel, welches 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 von Entbindeflüssigkeit wird das Primärbindemittel aus dem Grünteil herausgelöst. Dadurch entsteht im gesamten Teil eine offenporige Struktur, die das Sintern erleichtert.
Nicht alle Verfahren benötigen diesen Schritt.
4. Sintern
Das Teil wird nahe der spezifischen Temperatur gesintert, wodurch verbleibendes Bindemittel entfernt und die Metallpartikel verschmolzen werden. Das fertige 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 haben nach dem Sintern eine Härte von ca. 250 - 280 HB und können im Nachgang wie ein ganz normales Halbzeug weiterverarbeitet werden.
Vor- und Nachteile des Sinterbasierten Metall 3D-Drucks
- Stützstrukturen von Hand entfernen
- Hohe Detailgenauigkeit
- Isotrope Gefügestruktur
- Unbegrenzte Designfreiheit
- Hohe Stückzahlen möglich
- Kostengünstige Bauteile
- Große Materialauswahl
- Etwas raue Oberfläche
- Nicht alle Legierungen verfügbar
- Teilweise Pulverhandling
Anwendungen
Luft- und Raumfahrt
Durch die Fertigung von Topologie optimierten Bauteilen, sowohl aus Metall als auch aus Kunststoff, kann im Bereich Luft- und Raumfahrt erheblich Gewicht eingespart werden. Beispielsweise werden Kabinenkomponenten bereits heute schon in Kleinserien additiv gefertigt.
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. Der Metall 3D-Druck hat sich ebenfalls als ein flexibles Verfahren für die Produktion von Kleinserien und regional angepassten Produkten, die eine größere Designfreiheit für die Produktanpassung benötigen, bewährt.
Herstellung von Werkzeugen
Für Unternehmen die Fertigungswerkzeuge herstellen, kann der Metall 3D-Druck eine unschätzbare Ressource sein. Er ermöglicht die schnelle und kostengünstige Herstellung komplexer kundenspezifischer Werkzeuge und den problemlosen Austausch von Werkzeugen bei Bedarf, was die Ausfallzeiten der Produktionsanlagen reduziert.
Bildung
Durch Investitionen in den 3D-Metalldruck können Bildungseinrichtungen ihren Schülern Werkzeuge in die Hand geben, mit denen sie ihre Arbeit zum Leben erwecken. Des Weiteren können die Schüler mit dem 3D-Metalldruck dabei unterstützt werden, wichtige berufliche Fähigkeiten zu erwerben.
Industrielle Metall 3D-Drucker
Professionelle Metall 3D-Drucker
Beratung
Unser Expertenteam unterstützt Sie bei der Materialauswahl und findet für den Anwendungsfall das geeignete Verfahren mit der optimalen Hardwarelösung.
Gerne beraten wir Sie, welcher Werkstoff und welches Fertigungsverfahren für Ihren Anwendungsbereich in Frage kommt. Je nach Verfahren können Materialien wie Edelstahl, Kupfer, Titan, Hartmetall, Inconel und alle nickelbasierten Legierungen verarbeitet werden.
Ahmet Destan
Sales Head Metal / Account Manager