Metall-3D-Druckmaterialien

Stahl

Stahl ist das am häufigsten verwendete Metall im 3D-Druck. Seine hervorragenden Materialeigenschaften, seine Vielseitigkeit und sein breiter Einsatz in der Präzisionsfertigung machen den 3D-Druckstahl zu einer hervorragenden Option für die Herstellung hochwertiger Teile. Die meisten Stahlsorten können bedruckt werden, aber die beiden am häufigsten verwendeten sind Edelstahl und Werkzeugstähle – Metalle, die teurer und konventionell schwieriger herzustellen sind.

Positive Attribute:

• ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit
• vielfältige Materialeigenschaften
• wärmebehandelbar.

Edelstahl sind feste, steife Stähle, die aufgrund ihres hohen Chromgehalts (mindestens 12%, oft bis zu 18%) eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Zwei Arten von nichtrostenden Stählen werden üblicherweise gedruckt:austenitisch und martensitisch.

• Austenitische Edelstähle , die gängigste Art von rostfreien Stählen, sind korrosionsbeständig und können sowohl bearbeitet als auch geschweißt, jedoch nicht wärmebehandelt werden. 316L ist ein üblicher 3D-gedruckter Edelstahl, der für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bekannt ist.
• Martensitischer Edelstahl Stähle sind viel härter als austenitische Stähle, aber spröder und weniger korrosionsbeständig. 17-4 PH ist ein martensitischer rostfreier Stahl, der wärmebehandelt werden kann, um eine Vielzahl von Materialeigenschaften zu erreichen, und wird in der gesamten Fertigung weit verbreitet verwendet.

Werkzeugstähle sind nach ihrer zentralen Anwendung benannt – Werkzeugen aller Art. Sie enthalten Karbid, eine extrem harte Verbindung, die entscheidend für ihre Fähigkeit zum Schneiden, Schleifen, Stanzen, Formen oder Formen ist. Im Allgemeinen sind sie sehr hart, abriebfest und viele sind bei hohen Temperaturen einsetzbar. Die drei am häufigsten 3D-gedruckten Metallarten sind Werkzeugstähle der A-Serie, D-Serie und H-Serie.

• Eine Serie Werkzeugstähle sind hervorragende, allgemein verwendbare, bearbeitbare Werkzeugstähle, die Verschleißfestigkeit und Zähigkeit in Einklang bringen. Es gibt acht Sorten der A-Serie, von denen die häufigste A2 ist Werkzeugstahl. Es ist ein vielseitiger Kaltarbeitsstahl, der häufig zur Herstellung von Stempeln und Matrizen sowie für eine Vielzahl anderer Anwendungen verwendet wird.
• D-Serie Werkzeugstähle sind auf Verschleißfestigkeit und Härte optimiert. Sie sind nicht besonders zäh und werden nur für Kaltarbeitsanwendungen verwendet. Die häufigste Sorte in der D-Serie ist D2 Stahl, ein Kaltarbeitsstahl, der für alle Arten von Schneidwerkzeugen verwendet wird, von Klingen über industrielle Schneidwerkzeuge bis hin zu Messern.
• H-Serie Werkzeugstähle schneiden und formen Material bei hohen (oder zyklischen) Temperaturen. H13 ist der gängigste 3D-gedruckte Warmarbeitsstahl. Seine Mischung aus ausgezeichneter 3D-gedruckter Metallfestigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit macht ihn zu einem guten Allzweck-Werkzeugstahl, der für den Einsatz bei hohen Temperaturen optimiert ist.

Superlegierungen

Die 3D-Metalldrucktechnologie zeichnet sich dadurch aus, dass sie hochwertige Legierungen zu relativ geringen Kosten herstellen kann. Der 3D-Druck ist oft schwierig und teuer in der Bearbeitung und ermöglicht es Unternehmen, Hochleistungsteile kostengünstiger herzustellen als subtraktive Verfahren. Superlegierungen gedeihen in widrigen Umgebungen – an Orten mit hoher Hitze, korrosiven Chemikalien oder beidem. Obwohl es viele druckbare Superlegierungen gibt, sind die beiden häufigsten Gruppen Inconel und Cobalt Chrome.

Positive Attribute:

• Hervorragende mechanische Eigenschaften
• Hitzebeständig
• Gute Oberflächenstabilität
• Korrosionsbeständig
• Biokompatibel (nur Cobalt Chrome)

Inconel
Die am weitesten verbreitete Gruppe von proprietären Nickellegierungen ist Inconel. Dieses extrem starke, zähe und korrosionsbeständige Material wird in Turbinen, Triebwerksdichtungen und
Raketen verwendet. Die beiden am häufigsten beim 3D-Druck verwendeten Inconel-Formulierungen sind das stärkere und widerstandsfähigere Inconel 718 und das hitzebeständigere Inconel 625 . Beide sind teuer
herkömmlich zu bearbeiten, was den 3D-Druck zu einer kostengünstigen Alternative macht.

Kobalt-Chrom
Diese Superlegierung ist bekannt für ihre Biokompatibilität, ihr hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und ihre Korrosionsbeständigkeit; Es ist im Wesentlichen eine höherwertige, dichtere und teurere Version von Titan. Wie Inconel wird es in Turbinen und anderen aggressiven Umgebungen verwendet, kann aber auch in medizinischen Anwendungen verwendet werden, für die Inconel nicht geeignet ist, einschließlich orthopädischer und zahnärztlicher Implantate.

Titan

Titan ist zwar kein übliches Material, das in der konventionellen Fertigung verwendet wird, aber das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und die hohen Kosten (sowohl Materialkosten als auch Bearbeitungskosten) machen es zu einer guten Wahl für den 3D-Druck. Titan wird normalerweise in zwei verschiedenen Varianten gedruckt:Titanlegierungen und reines Titan (bekannt als CP Ti).

Positive Attribute:

• Kraft-Gewichts-Verhältnis
• Hitzebeständig
• Chemikalienbeständig
• Biokompatibel (prozess- und legierungsabhängig)

Titanlegierungen
Titan erreicht seine besten mechanischen Eigenschaften, wenn es mit anderen Metallen legiert wird. Die gängigste Titanlegierung ist Ti64 (Ti-6Al-4V) — ein Material, das fester und 40 % weniger dicht ist als Edelstahl 17-4 PH. Es zeichnet sich in korrosiven und Hochtemperaturumgebungen aus. Diese Eigenschaften machen es zur ersten Wahl in Branchen, in denen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht geschätzt wird, wie Flugzeuge und Hochleistungsfahrzeuge.

Kommerziell reines Titan (CP Ti)

Reintitan ist nicht so stark wie die meisten Titanlegierungen, aber sehr biokompatibel. Es wird für orthopädische Einlagen und ähnliche medizinische Anwendungen verwendet.

Kupfer

Kupfer stellt einen völlig einzigartigen Wert unter den 3D-druckbaren Metallmaterialien dar – es wird wegen seiner thermischen und elektrischen Leitfähigkeit anstelle seiner mechanischen Eigenschaften verwendet. Mit dem Metall-3D-Druck können Ingenieure geometrisch optimierte Kupferteile wie Kühlkörper, Schweißarme und Stromschienen zu weitaus geringeren Kosten herstellen. Heutzutage gibt es nur wenige Systeme, die jede Version von Kupfer drucken können. Kupfer kann in reiner Form oder häufiger in legierter Form gedruckt werden.

Positive Attribute:

• Elektrisch leitfähig
• Wärmeleitfähig
• Korrosionsbeständig
• duktil

Reines Kupfer
Reines Kupfer hat die beste thermische und elektrische Leitfähigkeit aller Kupferlegierungen und ist damit die bevorzugte Option. Aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit und seines hohen Laserreflexionsvermögens ist Kupfer jedoch nicht mit standardmäßigen laserbasierten Systemen kompatibel. Reines
Kupfer ist nur auf Maschinen zur Extrusion von gebundenem Pulver verfügbar.

Legiertes Kupfer
Legiertes Kupfer enthält typischerweise 1-2% Legierungselemente, was es
auf einigen Powder Bed Fusion-Maschinen bedruckbar macht. Diese Legierungen sind zwar immer noch relativ
leitfähig, aber gegenüber reinem Kupfer unterlegen. Ein Beispiel für druckbares legiertes
Kupfer ist C18150 , eine Legierung mit Chrom und Zink.

Aluminium

Aluminium wird zwar in einigen Metall-3D-Druckern verwendet, wird jedoch im 3D-Druck weit weniger verwendet als in herkömmlichen Herstellungsverfahren. Seine Knappheit beim 3D-Druck von Metallteilen ist auf zwei Faktoren zurückzuführen:geringe Bedruckbarkeit und relativ niedrige Kosten in der konventionellen Fertigung. Infolgedessen spricht der potenzielle ROI für 3D-gedruckte Metallteile mit Aluminium oder der Preis für den Metall-3D-Drucker nicht immer für den Druck. Die meisten gängigen Aluminiumlegierungen – wie 6061 und 7075 – werden nicht gedruckt. Stattdessen drucken Powder Bed Fusion-Maschinen, die Aluminium drucken, normalerweise weicheres Aluminium in Gussqualität. Diese Legierungen in Gussqualität enthalten bis zu 12 Gew.-% Silizium und haben schlechtere mechanische Eigenschaften.

Positive Attribute:

• Geringes Gewicht
• Haltbar
• duktil

Alternativen zu Aluminium im 3D-Druck

Da der Wert des Druckens relativ gering ist, ist nicht klar, wann es im 3D-Druck üblich sein wird. Bis dahin bieten Titan und Stahl ähnliche Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse, wenn sie mit offenzelliger Füllung gedruckt werden, während kontinuierliche 3D-Verbunddrucker aluminiumfeste Teile zu einem Bruchteil der Kosten herstellen können.

Unternehmen, die am 3D-Druck von Aluminiumteilen interessiert sind, sollten die additive Fertigung mit Markforged Carbon Fiber 3D-Druck in Betracht ziehen – mit dem Teile mit Festigkeiten hergestellt werden können, die denen von 6061-T6-Aluminium entsprechen und gleichzeitig verbesserte Materialeigenschaften wie Steifigkeit, Schlagzähigkeit, Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit bieten. Darüber hinaus bietet die verstärkte Kohlefaserherstellung im Vergleich zu 6061-Aluminium ein dramatisch verbessertes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, was für bestimmte Hochleistungsanwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie entscheidend sein kann.

Kostenlose Ressourcen zum 3D-Drucken von Metall

• Grundlagen des Metall-3D-Drucks
• E-Book:Metall-FFF-Anwendungen und Fallbeispiele
• Umfassender Leitfaden für Metal FFF