Metall-3D-Druck 101

Für viele war die Beziehung des Metall-3D-Drucks zur Fertigung begrenzt. Da die Technologie jedoch zugänglicher geworden ist, wurde sie in Fertigungs- und Produktionsanlagen eingesetzt. In diesem Blogbeitrag untersuchen wir, warum Unternehmen sich überhaupt für den Metall-3D-Druck entscheiden und wie verschiedene additive Fertigungstechnologien für Metalle funktionieren.

Lesen Sie unseren Leitfaden zum Metalldesign

Warum sich für die additive Metallfertigung entscheiden?

Der Metall-3D-Druck bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Metallbearbeitungsmethoden. Allen Formen der additiven Fertigung gemeinsam ist, dass die Kosten pro Teil für Klein- und Großserien gleich sind. Dies ermöglicht kleine Produktionsserien von kundenspezifischen Teilen zu einem erschwinglichen Preis. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Komplexität kostenlos ist. Komplizierte Komponenten, die Tausende von CNC-Maschinen kosten und mehrere Maschineneinstellungen erfordern, können mit geringem Aufwand zu einem Bruchteil des Preises in 3D gedruckt werden. Dies ist insbesondere bei schwer zerspanbaren Metallen von Vorteil. Da das 3D-Druckverfahren additiv ist, können typischerweise schwer zu schneidende Materialien wie Titan und Inconel mit deutlich geringerem Aufwand gedruckt werden. Schließlich kann die additive Metallfertigung Teile herstellen, die auf andere Weise nicht hergestellt werden können. Dies ermöglicht es Ingenieuren, Komponenten gezielter für ihre Funktion zu konstruieren, ungehindert von den typischen Einschränkungen der traditionellen Fertigung.‍

Wie funktioniert die additive Fertigung mit Metall?

Es gibt viele verschiedene Arten des Metall-3D-Drucks und wie beim Kunststoffdruck eignet sich jede für unterschiedliche Fertigungsziele. Die zentrale Idee, die sie alle teilen, ist der Vorgang, ein Metallteil Schicht für Schicht aufzubauen. Im Folgenden sind die vier gängigsten Arten der additiven Metallfertigung und ihre Funktionsweise aufgeführt.

Pulverbett-Fusion

Drucker dieser Familie verteilen eine feine Pulverschicht gleichmäßig über eine Bauplatte und schmelzen dann selektiv einen Querschnitt des Teils an jeder Schicht. Einige Technologien, von denen Sie in dieser Kategorie vielleicht schon gehört haben, sind Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) und Electron Beam Melting (EBM).

Ein Vorteil von Pulverbettschmelzverfahren besteht darin, dass mit ihnen sehr hohe Auflösungen erreicht werden können, was für kleine oder präzisere Teile von Vorteil ist. Der Nachteil ist, dass diese Maschinen (sobald Anlagen-Upgrades und Nachbearbeitungsgeräte berücksichtigt werden) mehr als 1 Million USD kosten. Darüber hinaus müssen Benutzer zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen treffen, da sie direkt mit gefährlichen Metallpulvern umgehen.

Direkte Energiedeposition (DED)

DED-Prozesse beinhalten das Abscheiden und Verschmelzen von metallischem Ausgangsmaterial von einem Druckkopf, um die Schichten eines Teils aufzubauen. Zu den DED-Maschinen gehören die additive Elektronenstrahlfertigung (EBAM) und die Lasermaterialabscheidung (LMD).

DED-Maschinen eignen sich hervorragend für sehr große Teile und erfordern nicht die gleichen Vorsichtsmaßnahmen wie pulverbasierte Technologien, da sie kein Metallpulver verwenden. Auf der anderen Seite haben diese Drucker in der Regel eine geringere Auflösung und sind genauso teuer wie ihre Gegenstücke mit Pulverbett.

Binder Jetting

Ähnlich wie beim Pulverbettschmelzen verteilen diese Drucker Schichten aus Metallpulver, aber anstatt mit einem Laser zu sintern, geben sie auf jeder Schicht ein Bindemittel aus. Dadurch entsteht ein lose haftendes Metallteil, das dann in einem Ofen gesintert wird, um ein endgültiges Metallteil zu ergeben. Das Sintern schmilzt das Bindemittel weg und erhitzt das Pulver gleichmäßig bis knapp unter seinen Schmelzpunkt, wodurch das Teil zum endgültigen Metallteil verschmelzen kann.

Die Binder-Jet-Technologie ist vorteilhaft, da sie präzise Teile viel schneller als andere Verfahren herstellen kann. Dutzende von Teilen können gleichzeitig gedruckt und dann in einem großen Ofen gesintert werden, was einen 3D-Druck auf Produktionsebene ermöglicht. Ähnlich wie bei Pulverbettschmelzverfahren ist das Binder Jetting sehr teuer und hat eine hohe Eintrittsbarriere:Systeme kosten über 1 Million US-Dollar und erfordern spezielle Schritte zum Umgang mit Metallpulver.

Extrusion von gebundenem Pulver

Diese neue Form von Metall AM und das von Markforged Metal X verwendete Verfahren verwendet Metallpulver, die in einem wachsartigen Polymer gebunden sind, um Teile herzustellen. Dieses Metall-Kunststoff-Gemisch wird geschmolzen und durch eine Düse gedruckt, ähnlich dem FFF-3D-Druck. Um die Nichtmetallpartikel zu entfernen und das endgültige Metallbauteil herzustellen, wird dieser „grüne“ Teil anschließend in einem Lösungsmittel gewaschen und in einem speziellen Ofen, ähnlich dem Binder-Jetting, gesintert.

Die Extrusion von gebundenem Pulver ist deutlich günstiger als die anderen Optionen und kostet weniger als 200.000 US-Dollar. Es ist auch viel sicherer und benutzerfreundlicher; das Pulver ist nicht mehr gefährlich, wenn es im Filament gebunden ist. Ein Nachteil ist, dass die Herstellung von Teilen aufgrund des mehrstufigen Prozesses länger dauern kann.

Die additive Metallfertigung hat sich zu einer Vielzahl von Prozessen entwickelt, die Vorteile mit sich bringen, die keine anderen Fertigungsverfahren bieten können. Da die Preise für Systeme weiter sinken, ist es nur eine Frage der Zeit, bis Metall-3D-Drucker zu einem gängigen Fertigungswerkzeug werden. Um mehr über Unternehmen zu erfahren, die bereits von den Vorteilen der additiven Metallfertigung profitieren, sehen Sie sich unsere Fallstudien an.