3D-Metalldruck Verfahren


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Obwohl der 3D-Druck auf Metall noch eine relativ neue Technologie ist, wurden bereits viele Methoden entwickelt. Da es eine unglaubliche Menge an Werbung rund um diese Technologie gibt, kommen ständig neue Verfahren und Ansätze hinzu. Alle „klassischen“ Druckverfahren auf Metallbasis sind pulverbasiert. Auf der anderen Seite verfestigen sich derzeit die auf der Extrusion basierenden Verfahren. Es bleibt abzuwarten, ob sich diese auf dem Markt durchsetzen werden.

Wir haben die wichtigsten Technologien für Sie zusammengestellt, klicken Sie auf die entsprechenden Technologieverfahren, um mehr über diese Technologien zu erfahren.

Selektives Lasersintern (SLS) oder Selektives Laserschmelzen (SLM)

Und so funktioniert es: Metallpulver wird auf der Plattform verteilt. Der Laser hat die Schicht im Staub gesintert oder geschmolzen. Die Plattform wird abgesenkt, eine neue Pulverschicht wird aufgetragen und der Laser wird von der nächsten Schicht geschmolzen/abgeschieden. Dies hängt auch mit der unteren Schicht zusammen.
Variationen: Beim Sintern wird das Pulver kurz vor dem Schmelzen erhitzt; beim Verschmelzen wird es überschritten. Die gesinterten Teile sind etwas porös (daher sind sie im Allgemeinen leichter), aber die durch SLM hergestellten Teile sind von den Materialeigenschaften her sehr nah an den Ausgangsmaterialien.
Die Werkstoffe: Aluminium, Titan, Edelstahl, Werkzeugstahl und Kobalt-Chrom-Legierungen werden am häufigsten verwendet.
Hersteller von 3D-Druckern: zum Beispiel B. EOS, SLM-Lösungen, Konzeptlaser, Renishav oder TRUMPF
Die Vorteile: Verarbeitung von Rohstoffen oder typischen Industrielegierungen. Sehr robuste Teile mit gleichmäßigen (relativ) Materialeigenschaften.
Andere Ressourcen: 3D-Druck SLM Direct Metal – Technologie

Spray für Metallbindung

Und so funktioniert es: Wie bei einem Tintenstrahldrucker wird Metallpulver mit einem Bindemittel befestigt und dann der Hitze ausgesetzt. Das gebundene Produkt wird dann mit dem Material (normalerweise Bronze) infiltriert, um die erforderliche Stabilität zu gewährleisten.
Die Materialien: Am häufigsten wird die Kombination Edelstahl/Bronze verwendet, aber es sind auch Legierungen aus Eisen, Chrom oder Kobalt erhältlich.
Hersteller von 3D-Druckern: EkOne hat diese Technologie entwickelt und gilt als Marktführer in dieser Technologie.
Die Vorteile: Tragende Strukturen sind klein oder nicht erforderlich, die Technologie erlaubt eine relative Gestaltungsfreiheit. Ein Metallbinderstrahl erfordert in der Regel deutlich kürzere Druckzeiten für das gleiche Produkt.
Weitere Merkmale: Was ist Binder Jetting (Extern – EkOne).

Andere Pulververfahren

Elektronenstrahl-Fusion (EBM): Sie funktioniert im Prinzip wie SLM / SLS, jedoch wird der Elektronenstrahl anstelle eines Lasers verwendet. Die Technologie wurde von der schwedischen Firma Arcam entwickelt. Das Verfahren ist sehr komplex und teuer, aber es gilt als genauer und schafft stabilere Teile im Vergleich zu SLS / SLM.
Bindende Formprojektion: Diese Technologie, die hauptsächlich von EkOne und VokelJet angeboten wird, ermöglicht es, Sandformen auf Metall zu drucken. Einige Maschinen können Formen von mehr als 2 m Länge herstellen.

Metallstühle / geschmiedet nach Marke (‚ADAM‘)

Wie es funktioniert: Markforged und Desktop Metal haben diesen Prozess parallel entwickelt. Dabei wird Metallpulver mit Bindemittel vermischt und aufgetragen. Der Gegenstand wird dann im Ofen erhitzt. Das Bindemittel wird gebrannt und das Metall gesintert. Der Vorteil ist, dass das Objekt gleichmäßig gesintert wird und die Stabilität in Z-Richtung enorm zunimmt. Man geht davon aus, dass dieses Verfahren den 3D-Druck von Metall auf eine neue Ebene bringen kann.
Besondere Funktion: Das Teil kann in einem nicht gesinterten Zustand verarbeitet werden, was die Nachbearbeitung deutlich reduziert.
Werkstoff: Beide Technologien werden angetrieben. Derzeit sind für beide Systeme Standardlegierungen verfügbar, z.B. B. 316L oder Aluminium. Bis zu 200 Werkstoffe sind geplant, die meisten davon auf MIM-Werkstoffen basieren.
Hersteller von 3D-Druckern: Desktop-Metall
Vorteile: Kostenvorteile bei Einzelteilen oder kleinen Mengen; möglichst komplexe Geometrien; reduzierte Nachbehandlungs- und Sicherheitsanforderungen.
Zusätzliche Ressourcen: Die Produktseiten Markforged (Mark Metal Ks) und Desktop Metal (Desktop Metal Studio)

Nano-Partikelstrahl

Es wurde von der israelischen Firma Xjet entwickelt und wartet auf die Markteinführung (Stand 08/2017). Bei diesem Verfahren werden Metallnanopartikel in Flüssigkeiten gelöst und mit Druckköpfen auf die Plattform aufgebracht, ähnlich wie beim 3D-Druckverfahren auf Polyjet-Kunststoff. Die Flüssigkeit verdampft mit der Wärme und hinterlässt ein Metall, das sie mit der Wärme verbindet. Die resultierenden Schichten sind nur 2 µm hoch, weshalb das Verfahren das bisher am weitesten entwickelte Metalldruckverfahren ist.

Laser-Beschichtung (LMD)

Das Pulver im durch die Düse aufgetragenen Material wird durch einen hocheffizienten Laser direkt geschmolzen, was einen selektiven Auftrag des Materials und damit die Struktur des Objekts ermöglicht. Durch den Einsatz verschiedener Düsen und Pulver aus unterschiedlichen Materialien können die Materialien auch miteinander kombiniert werden. Im Allgemeinen ist eine Endbearbeitung der durch Schaben oder Schleifen hergestellten Artikel erforderlich, da die verwendeten Strukturen sehr grob sind.

Anwendung von Metallpulver (MPA)

Das MPA-Verfahren arbeitet ohne Laser. Das Pulver für das Material wird mit sehr hoher Geschwindigkeit aufgetragen. Dies führt zu einer starken plastischen Verformung des Pulvers und der Oberfläche (weitere Informationen finden Sie bei Hermle). Dies und die entstehende Wärme reichen aus, um das Material zu verschmelzen. Dieser Prozess ist relativ schnell, geht aber auf Kosten der Präzision.

Schlussfolgerung:

Es gibt derzeit kein Verfahren bei der Herstellung von Hilfsmetallen, das in Bezug auf Präzision, Oberflächenqualität und Zuverlässigkeit den Schneidprozessen nahe kommt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es keinen Platz für den 3D-Druck auf Metall gibt – es hat die Vorteile der Schaffung komplexer Strukturen, wie z.B. Leichtbauweise, komplizierte offene Räume oder integrierte Produktion.

Es ist davon auszugehen, dass viele Nachteile der Metallhilfsproduktion nicht auf einmal, sondern schrittweise beseitigt werden. Jede neue Technologie trägt dazu bei und vergrößert den Umfang dieser Technologie. Es ist jedoch noch ein weiter Weg, bis die Bearbeitung geändert wird.