Juni 28, 2022

Wie funktioniert der 3D-Druck von Metall?

Wenn von additiver Fertigung oder Schichtfertigung im Jahr 2022 die Rede ist, fallen einem immer wieder die 3D-Technologie und der 3D-Metalldruck ein. Während der 3D-Metalldruck vor wenigen Jahren noch in den Kinderschuhen steckte, ist er heute eine der am schnellsten wachsenden und am stärksten investierten industriellen Technologien, die heute eingesetzt werden.

In diesem Beitrag gehen wir auf einige der häufigsten Fragen zur 3D-Metallfertigung ein, z. B. was sie ist, welche Vorteile sie bietet, wie sie funktioniert, welche Technologien dahinter stecken und vieles mehr.

3D-Druck von Metall - Was ist das?

Metall-3D-Druck ist ein allgemeiner Begriff, der mehrere verschiedene Formen von Schicht- und additive Fertigung Technologien. In seiner einfachsten Form umfasst der 3D-Druck von Metallen den Einsatz jeglicher Technologie zur Herstellung von Metallkomponenten und -objekten durch Sintern, Schmelzen und Schweißen von Metallmaterial Schicht für Schicht.

Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie für Metall sind bestimmte 3D-Metalldruckobjekte heute genauso präzise und sehen genauso gut aus wie herkömmlich bearbeitete Teile.

Es gibt verschiedene 3D-Drucktechnologien für Metall, mit denen sich ein eine große Vielfalt an 3D-gedruckten Metallteilen und -objekten. Während der Metalldruck in erster Linie in der Luft- und Raumfahrt und im Maschinenbau eingesetzt wird, breitet sich die 3D-Drucktechnologie immer weiter aus.

Unabhängig davon, ob sie als alleinige Technologie bei der Herstellung von Metallkomponenten eingesetzt oder zusammen mit anderen Technologien in eine bestehende Lieferkette eingeführt werden, entwickelt sich die 3D-Technologie für die Metallherstellung ständig weiter.

Warum 3D-Druck von Metall?

Lange Zeit war die spanabhebende Bearbeitung eines der einzigen verfügbaren Verfahren zur Metallherstellung. Während CNC Maschinen in der Lage sind, eine fast unendliche Vielfalt von Metallkomponenten und -teilen herzustellen, kann der 3D-Druck zur Herstellung einer noch größeren Vielfalt von Komponenten mit größeren Details und komplexen Formen verwendet werden.

Das ist der Hauptvorteil des 3D-Drucks von Metall: Es gibt nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für die Herstellung komplexer Formen und Gegenstände. Dies sind jedoch nicht die einzigen Vorteile des 3D-Drucks. Einige weitere Vorteile des 3D-Metalldrucks sind:

• Schnellere Fertigung von komplexen Formen und Details
• Sparen Sie Zeit und Geld durch 3D-Druck in Fließbandarbeit
• Leichtere Produkte ohne Einbußen bei der Festigkeit
• Kostengünstiger als herkömmliche Herstellungsverfahren
• Nahezu kein Materialabfall, je nach dem von Ihnen verwendeten Verfahren

Mit anderen Worten: Der 3D-Druck funktioniert hervorragend und ist für die Herstellung komplizierter, hochdetaillierter Metallkomponenten und -teile sehr zu empfehlen. Mit den Fortschritten in der 3D-Metalldrucktechnologie werden die Einsatzmöglichkeiten jedoch täglich erweitert.

Als Nächstes wollen wir uns genauer ansehen, wie das Drucken von Metallteilen in 3D funktioniert.

Wie funktioniert die 3D-Metallfertigung?

Es gibt viele verschiedene Methoden der 3D-Metallherstellung. Zwar hat jede Methode und Technologie viel mit der anderen gemeinsam, aber es gibt gewisse Unterschiede, die bestimmen, mit welchen Materialien sie arbeiten können und mit welchen nicht. Hier ist ein kurzer Überblick über die verschiedenen Arten des 3D-Drucks von Metall, die heute verwendet werden:

Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS)

DMLS ist die am weitesten verbreitete Methode der 3D-Metallherstellung. Bei diesem Verfahren wird ein Laser verwendet, um Legierungspulver Schicht für Schicht zu einem Objekt zu sintern. Die einzelnen Schichten werden erzeugt, indem der Laser auf ein Pulverbett gerichtet und durch eine CAD-Datei (computergestütztes Design) gesteuert wird. Sobald die Herstellung einer Schicht abgeschlossen ist, verteilt der Drucker weiteres Pulver und der Prozess wird wiederholt. Durch diesen Prozess des Auftragens und Wiederholens entsteht das Metallteil. Das digitale Verfahren macht physische Formen überflüssig und ist beispielhaft für die Herstellung hochwertiger, aber komplexer Metallkomponenten. DMLS wird für die Herstellung von mechanischen Fertigteilen, medizinischen Instrumenten und Geräten, Werkzeugen und vielem mehr verwendet.

Selektives Laserschmelzen (SLM)

Wie der Name schon sagt, wird beim SLM das Material geschmolzen, und der Druck erfolgt in einer Inertgaskammer. Während des Prozesses schmilzt ein Laser die Metallpulver und verbindet sie miteinander. Sobald eine Schicht fertig ist, wird eine neue Schicht Metallpulver hinzugefügt und der nächste Druckzyklus beginnt. Im Allgemeinen bieten SLM-gedruckte Produkte höhere Festigkeitseigenschaften, da sie nur wenige oder gar keine Hohlräume in ihrem Rahmen haben. Dadurch haben SLM-gedruckte Produkte in 3D fast genau die gleichen Parameter wie Metall gegossen Produkte und werden häufig für den Bau komplexer Strukturen verwendet.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

Das EBM-Verfahren ähnelt dem SLM-Verfahren, allerdings wird hier kein Laser, sondern ein Elektronenstrahl verwendet. Bei diesem Verfahren schmilzt ein hochenergetischer Elektronenstrahl das pulverförmige Metall. Der Strahl erzeugt einen Elektronenstrahl, der durch ein Magnetfeld gelenkt wird. Schicht um Schicht des Metallpulvers wird zusammengeschmolzen, um ein Objekt mit den von der CAD-Software vorgegebenen Spezifikationen zu schaffen. Der Prozess findet in einer Vakuumkammer statt, um sich vor Oxidation zu schützen, die hochreaktive Materialien angreifen kann. EBM ist schneller und noch präziser als Laserdruckverfahren und wird in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Medizin eingesetzt.

Die Zukunft der 3D- und Schichtfertigung

Während die oben genannten Technologien in der 3D-Fertigung nach wie vor weit verbreitet sind, gibt es weitere Technologien wie Selektives Lasersintern (SLS), Bindemittelausstoßund Laserdeposition. Ähnlich wie bei den oben genannten Druckverfahren werden bei diesen weiteren Technologien unterschiedliche Materialien verwendet, und sie haben ihre eigenen einzigartigen Verfahren. Der 3D-Druckmarkt wächst ständig und neue Technologien ermöglichen einen schnelleren Metalldruck. Ablagerung von Überschallpartikeln (SPD) oder Kältespray (CS) ist ein wichtiges Beispiel dafür. Bei diesem Verfahren werden mikroskopisch kleine Partikel eines Metalls oder einer Legierung mit Hilfe eines erhitzten Hochdruckgases wie Helium oder Stickstoff durch eine Spritzpistole beschleunigt. Die Partikel treten mit Überschallgeschwindigkeit aus und verbinden sich mit den darunter liegenden Materialien. 

Im Gegensatz zu anderen Kaltgasspritzverfahren verwendet SPEE3D jedoch keine Hitze, um Metallpulver zu schmelzen, sondern entwickelte die "Supersonic 3D Deposition" (SP3D). So wird das patentierte Verfahren genannt, bei dem eine Raketendüse Luft auf die dreifache Schallgeschwindigkeit beschleunigt, in die Metallpulver wird eingespritzt und dann auf ein Substrat aufgetragen, das von einem sechsachsigen Roboterarm bewegt wird. Bei diesem Verfahren bewirkt die schiere kinetische Energie der aufeinander treffenden Partikel, dass sich die Pulver zu einem hochdichten Teil mit metallurgischen Eigenschaften verbinden, die denen des Gießens überlegen sind. Das heißt, die SP3D-Technologie ist ermöglicht den Metalldruck schneller als je zuvorbis zu 1000-mal schneller als herkömmliche additive Fertigungsverfahren für Metall.

Zusammenfassend

Wie oben erläutert, ist Metall-3D-Druck ein Begriff, der verschiedene Formen von Schichtbau- und additiven Fertigungstechnologien beschreibt. In seiner einfachsten Form beinhaltet der 3D-Metalldruck die Herstellung von Metallkomponenten und -objekten durch Sintern, Schmelzen und Schweißen von Metallmaterial Schicht für Schicht. Bestimmte Unterschiede zwischen den einzelnen Verfahren und Technologien bestimmen, mit welchen Materialien sie arbeiten können und mit welchen nicht. Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) verwendet einen Laser, um Legierungspulver Schicht für Schicht zu einem Objekt zu sintern, während Selektives Laserschmelzen (SLM) schmilzt und schweißt Pulverpartikel zusammen. Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ähnelt dem SLM, aber es wird ein Elektronenstrahl anstelle eines Lasers verwendet. Mit Blick auf die Zukunft des 3D-Drucks von Metall werden Technologien wie die von SPEE3D Kältespray Die SP3D-Technologien innovieren die additive Fertigung, so dass Metallteile schneller als je zuvor hergestellt werden können.

Wie wir helfen können

Wenn Sie mehr über die Produkte von SPEE3D oder über den 3D-Druck von Metall erfahren möchten, senden Sie uns eine E-Mail an contact@spee3d.com oder rufen Sie uns an unter +61 (03) 8759 1464.