Vergleich von 3D-Metalldrucktechnologien

USA Fallstudie Armee

Herstellung von metallgeschmolzenen Filamenten (Extrusion von gebundenem Pulver)

Metal FFF ist heute die zugänglichste und sicherste additive Fertigungstechnologie für Metalle auf dem Markt.

Wie Metal FFF funktioniert

Dieses Verfahren verwendet gebundene Pulverrohstoffe aus Metallspritzgussmedien (Metallpulver, die in wachsartigen Polymeren zusammengebunden sind). Es verwendet ein Entbinderungssystem und einen Sinterofen.

Metal FFF ist ein dreistufiger Prozess. Es verwendet gebundenes Pulver und Sintern , ein Hochenergieprozess, der 3D-gedruckte Teile mit einem Metallpulvermedium vollständig in ein festes Metall verwandelt:

Unterscheidungsmerkmale

• Erschwinglichkeit. Der Besitz eines Metall-FFF-Druckers ist eine deutlich geringere Investition in Besitz und Betrieb als bei anderen Metalldruckern.

• Sicherheit. Metall-3D-Druckerfilamente, die aus gebundenem Pulver bestehen, sind relativ sicher in der Anwendung, und Maschinen können mit minimalem Training und minimaler PSA effektiv verwendet werden.
• Hohe Erstteilausbeute. Dies wird durch einen Massensinterprozess erreicht, der weniger Eigenspannungen einführt als beim selektiven Sintern.
• Große Materialverfügbarkeit. In Zukunft besteht Potenzial für eine noch breitere zukünftige Zustandskompatibilität. Metallarten für industrielle 3D-Drucker können Exoten und Legierungen umfassen.

Überlegungen

• Nicht für massive Teile optimiert. Typischerweise drucken die Maschinen Teile mit geschlossenzelliger Füllung. Während Metall-FFF massive Teile drucken kann, kann dies entweder zu erhöhten Druckzeiten führen oder die Vielfalt der herstellbaren Teile einschränken.
• Nähe Netzformteile. Während Teile nachbearbeitet werden können, um bei Bedarf enge Toleranzen einzuhalten, druckt der Metall-FFF-Prozess in der Regel nahezu endkonturnahe Teile.

Aktueller Ausblick

Metal FFF reift schnell und Maschinen werden immer leistungsfähiger und zuverlässiger. Neue Features erweitern ständig die Anwendungsbasis. Viele Branchen erschließen innovative Anwendungen mit Metall-FFF.

Langzeitansicht

Da Metall-FFF weiter reift, werden weitere Materialien und Fähigkeiten die Anwendungen, für die die Technologie verwendet werden kann, weiter diversifizieren. Metall-FFF-Drucker werden aufgrund ihrer Erschwinglichkeit, Zugänglichkeit und Vielseitigkeit beim 3D-Drucken von Metallteilen mit komplexen Designs zu einem festen Bestandteil in Produktionsstätten.

Pulverbett-Fusion

Funktionsweise der Pulverbettfusion

Ein auf einem Portal montierter Laser zeichnet den Weg einer bestimmten Schicht nach und schmilzt das Metallpulver präzise zusammen.

1. Ein Pulververteilungssystem schiebt eine neue Schicht losen Pulvers über das Formteil.

2. Der Laser verschmilzt die nächste Schicht und der Vorgang wiederholt sich.

3. Nach dem Drucken werden die Teile entpulvert und nach Bedarf nachbearbeitet.

Unterscheidungsmerkmale

• Kann spezielle Teile drucken. Dazu gehören ultrakomplexe Geometrien, große Teile und große, vollständig dichte Teile.
• Ausgereifte Technologie. Als Ergebnis gibt es eine große Materialauswahl und mehrere Branchenakteure, die eine große Auswahl an Maschinen anbieten.

Überlegungen

• Preis. Die Pulverbettfusion bleibt teuer, und die Preisschilder für Metall-3D-Drucker für diese Technologie liegen in der Regel bei über 500.000 US-Dollar in Anschaffung und Installation.
• Operationen. Erfordert eine erfahrene Bedienungsperson, erheblichen isolierten Platz in einer Fertigungshalle und teure persönliche Schutzausrüstung (PSA) und Anlagenmodifikationen. Diese erhöhen die Metall-3D-Druckkosten.
• Einwahl bei verfeinerten Teilen. Komplexe 3D-gedruckte Metallteile erfordern viele Iterationen, um einen erfolgreichen und genauen Druck zu erhalten. Dabei entstehen innere Spannungen, die zu Rissbildung und Verformung führen können. Hochwertige Teile können jedoch gedruckt werden, sobald Druck- und Designparameter eingestellt sind.

Aktueller Ausblick

Die Pulverbettfusion bleibt Marktführer in der Metall-3D-Druckindustrie. Es gibt eine kleine Anzahl führender Branchenakteure mit fortschrittlichen Fähigkeiten und eine Klasse von neuen Marktteilnehmern, die versuchen, eine bestimmte Nische zu erschließen oder eine kostengünstigere wettbewerbsfähige Lösung anzubieten. Branchen, die für hochspezialisierte Hochleistungsanwendungen bekannt sind, haben bei der Einführung der Pulverbett-Fusion den Weg geebnet – einschließlich der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizin.

Langzeitansicht

Es wird erwartet, dass eine breitere Akzeptanz zu noch innovativeren Anwendungen der Pulverbett-Fusionstechnologie führen wird. Da immer mehr Branchen beginnen, diese 3D-Metalldrucktechnologie zu nutzen, werden sich weitere Anwendungen ergeben. Verstärkter Wettbewerb wird dazu beitragen, dass leichter zugängliche Maschinen fahren.

Binder Jetting

Beim Binder Jetting werden spezielle flüssige Polymerbindemittel verwendet, um Teile durch Aneinanderkleben von losem Metall zu formen. Durch diesen Prozess entstehen leicht gebundene Teile, die in Chargen gesintert werden können. Binder Jetting, eine aufstrebende Technologie, hat ein großes Potenzial und ist eine sich entwickelnde Technologie, die man beobachten sollte.

Funktionsweise

Binder Jetting verwendet ein zweistufiges Verfahren mit losem Pulver und Sintern nach dem Druck:

1. Während dieses 3D-Metalldruckverfahrens trägt ein Druckkopf im Tintenstrahl-Stil ein spezielles Bindemittel präzise auf einem Metallpulverbett auf. Nachdem jede Schicht gedruckt wurde, trägt die Maschine auf ähnliche Weise wie beim Pulverbettschmelzen mehr Pulver darauf auf und wiederholt den Druck- und Ausbreitungsprozess, bis die Teile gebaut sind.
2. Die zerbrechlichen Teile werden zuerst sorgfältig entpulvert und dann gesintert, wobei das Bindemittel weggebrannt und zu vollständig metallischen Teilen verschmolzen wird.

Unterscheidungsmerkmale

• Schnelle Druckgeschwindigkeiten. Der Druckprozess ist extrem schnell und kann viele Teile gleichzeitig herstellen.
• Präzision. Präzise Tintenstrahlköpfe eignen sich gut zum Erstellen komplexer Teile und komplizierter Funktionen.

Überlegungen

• Sicherheit und Handhabung. Die Verwendung von losem Pulver bringt Sicherheits- und Handhabungsbedenken mit sich.
• Preis. Die Mindestakquisitionskosten betragen mindestens 300.000 US-Dollar. Die Preise können über 2 Millionen $ steigen.
• Teilporosität. Es ist nicht erwiesen, dass dieses Verfahren im breiten Maßstab zuverlässige und wiederholbare mechanische Eigenschaften aufweist.
• Teilegröße und Konstruktionsbeschränkungen. Über die Größe und Komplexität von Teilen, die Binder-Jetting-Maschinen effektiv herstellen können, ist noch vieles unbekannt.
• Haltbarkeit von Grünteilen. Nach dem Drucken ist die 3D-gedruckte Metallfestigkeit sehr gering, was sich möglicherweise auf den Durchsatz und die Teilebeschränkungen auswirken kann.
• Wiederholbarkeit. Ob Sie mit dieser Technologie Metallteile präzise und wiederholt in 3D drucken können, ist eine unbeantwortete Frage.

Aktueller Ausblick

Binder Jetting ist noch eine Entwicklungstechnologie, mit nur wenigen Herstellern in diesem Bereich. Während große Akteure in die Technologie investieren, gibt es nicht viele tatsächliche Benutzer.

Langzeitansicht

Einige Branchenanalysten sagen voraus, dass Binder Jetting die Zukunft der Massenproduktion beim 3D-Drucken von Funktionsteilen aus Metall sein könnte. Diese Prognosen hängen jedoch davon ab, ob die Hersteller Antworten auf die wichtigsten technischen Fragen des Prozesses finden.

Laden Sie unsere kostenlosen Leitfäden zum 3D-Metalldruck herunter

• Grundlagen des Metall-3D-Drucks
• Tauchen Sie ein in den Metall-FFF-Druck
• Metall-3D-Druckanwendungen