Was ist 3D-Metalldruck?

Im 3D-Metalldruck gibt es zwei verschiedene Technologien, die zum Einsatz kommen können. Zum einen gibt es laserbasierte Verfahren und andererseits die sinterbasierten Verfahren.

Bei den laserbasierten Verfahren wird ein Laser dazu benutzt, das Metallpulver aufzuschmelzen. Solch ein Verfahren eignet sich vor allem für Hochleistungsbauteile. Die entstehenden gedruckten Bauteile haben hervorragende mechanische Eigenschaften. Allerdings sind die Druckzeiten sehr lang und es gibt hohe Anschaffungs- und Materialkosten.

Hingegen wird bei sinterbasierten Verfahren ein 3D-Druck eingesetzt, um aus Metallpulver (gebunden oder nichtgebunden) ein bestimmtes Grünteil zu produzieren. Dieses Grünteil wird im Anschluss entbindet und es kann daraufhin in einem Sinterofen ausgebrannt werden. Es entsteht dadurch ein Bauteil, welches mechanische Eigenschaften aufweisen kann, welche vergleichbar sind mit dem Guss.

Solche Bauteile sind besonders kostengünstig und können dabei in allen Stückzahlen (1 – 100.000) hergestellt werden.

Welche Materialien können beim 3D-Metalldruck genutzt werden?

Für die Fertigung sind verschiedene metallische Materialien in Pulverform nutzbar. So können Sie Stahl, Aluminium oder auch Titan einsetzen. Die verschiedenen Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften und können mit den richtigen 3D-Druckern gedruckt werden. Nach dem Drucken können die Teile schließlich gefräst, geschliffen, lasergeschweißt oder oberflächenbehandelt werden.

Arbeitsschritte beim 3D-Druck

Zunächst müssen alle Daten vorbereitet werden. Es werden STL- oder CAD-Dateien erstellt und an die Software übergeben. Es werden daraufhin Stützstrukturen automatisch generiert und es werden Parameter basierend auf Geometrie und dem zu verwendenden Material an den Drucker übergeben. Danach beginnt der Druck. Je nachdem, welche Fertigungstechnologie gewählt wurde, entsteht hier entweder durch Extrusion oder auch durch Verkleben von entsprechendem Metallpulver das Grünteil. Das Bauteil besteht dabei nach diesem Schritt aus Metallpulver und aus dem Bindemittel.

Was sind die Vor- und Nachteile vom 3D-Druck?

Der wirtschaftliche Nutzen von einem 3D-Metalldruck ist ganz besonders abhängig von der Geometrie und auch von dem Anwendungsfall. Zu den vielfältigen Vorteilen zählt, dass die Produktionskosten ganz unabhängig von der Bauteilkomplexität sind. Es kann eine Gewichtsreduktion durch eine Topologieoptimierung oder auch durch Leichtbaustrukturen erreicht werden. Es kann eine Funktionsoptimierung erzielt werden durch eine hybride oder auch durch eine integrale Bauweise. Wichtig sind auch die konstruktiven Freiheitsgrade bei einer Bauteilentwicklung.

Ein verkürzter Produktentwicklungsprozess ergibt sich durch eine formlose und endkonturnahe Fertigung. Außerdem erhalten Sie einen Mehrwert im Materialsystem durch eine Werkstoffwahl und durch eine Parameteranpassung. Ziel ist es, höchste Qualitätsstandards zu erreichen und absolute Zuverlässigkeit zu erlangen. Eingesetzt werden kann die Technik auch im Prototypenbau, beim Werkzeug- und Vorrichtungsbau, bei Kleinserien und Produktentwicklung und bei gewichtsoptimierten Strukturen. Ersatzteile können schnell und komfortabel erstellt werden. Wärmetauscher und Kühlkörper können gebaut werden. Auch hochkomplexe Geometrien sind herstellbar.

Vorteilhaft beim 3D-Metalldruck mit sinterbasiertem Druck ist, dass Stützstrukturen von Hand entfernbar sind. Die hohe Detailgenauigkeit beim 3D-Metalldruck dieser Art ist ebenso vorteilhaft, wie die hohe Festigkeit und die Temperaturbeständigkeit. Der 3D-Metalldruck ist mit hohen Stückzahlen möglich. Die Bauteile sind kostengünstig. Sie haben hierbei auch eine große Materialauswahl. Allerdings kann es sein, dass die Oberfläche etwas rau ist. Auch sind nicht alle Legierungen verfügbar. Das Pulverhandling kann etwas kompliziert werden.

Welche Branchen profitieren von 3D-Druckern mit 3D-Metalldruck?

Der 3D-Druck wird vor allem in den Branchen Automobilbau, Maschinenbau, Werkzeug- und Formenbau, Medizintechnik und Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt. Diese Industriebranchen profitieren vom schnellen und optimierten Druck aller Metallteile. Vor allem für Rapid Prototyping eignet sich solch ein 3D-Druck. Anschauungs- und Funktionsprototypen können mit den entsprechenden Druckern schnell und unkompliziert erstellt werden. Somit können Produktentwicklung und Markteinführung sich entscheidend verkürzen.

Selbst in der Serienfertigung hält die additive Fertigung zunehmend Einzug. Eingesetzt wird die Technik in den Bereichen Healthcare, Automotive & Mobilität, Luft- und Raumfahrt, sowie bei Lifestyle und Konsumgütern und in Produktion und Industrie. Besonders kleine filigrane Strukturen und gerade individuell geformte Freiformflächen oder auch leicht dimensionierte Formen können ganz besonders einfach mit 3D-Metalldruckern gefertigt werden. Der Laser bringt an bestimmten Stellen Material zum Schmelzen und das nur dort, wo es letztlich notwendig ist für das Entstehen von 3D-Objekten. Der Materialeinsatz ist dabei sehr gering, wenn man ihn mit abtragenden Metallverarbeitungstechniken vergleicht. So können Kosten bei Konstruktion und Entwicklung eingespart werden. Fertigung von Bauteilen bei Nachfrage ist möglich (just in time).

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