Eine Einführung in das direkte Metall-Lasersintern

"Im Vergleich zu einem herkömmlich gegossenen Teil hat ein gedrucktes [Teil] eine überlegene Festigkeit, Duktilität und Bruchfestigkeit mit einer geringeren Variabilität der Materialeigenschaften."

Elon Musk

Während seit der Einführung der Technologie kunststoffbasierte Materialien für die meisten additiven Fertigungsprojekte verwendet wurden, bedeuten die jüngsten Entwicklungen bei Metalldruckmaterialien, dass die Herstellung funktionaler Metallteile jetzt nicht nur möglich, sondern für eine Reihe von Industrien ernsthaft in Betracht gezogen werden sollte. Die Möglichkeit, additive Fertigungstechniken einzusetzen, um Teile mit denselben mechanischen Qualitäten wie ihre bearbeiteten Gegenstücke zu liefern, hat dazu beigetragen, diese Technologie für die Produktion sowie für das Prototyping zu nutzen, etwas, das zukunftsorientierte Unternehmen bereits untersucht haben.

In diesem Tutorial bieten wir einen Überblick über die wichtigsten Dinge, die bei jedem Projekt mit dem direkten Metall-Lasersinterprozess und seinen potenziellen Anwendungen in der additiven Fertigungsindustrie zu berücksichtigen sind.

Was ist direktes Metall-Lasersintern?

Direktes Metall-Laser-Sintern ist eine Methode der additiven Fertigung, bei der ein Metallpulverbett mit einem feinen Laser gestrahlt wird, wobei das Pulver eine Schicht nach der anderen verschmolzen wird, um das fertige Teil oder den Prototyp zu erstellen, der dann bearbeitet und im selben bearbeitet werden kann Weise wie eine von CNC hergestellte. Seit seiner Einführung in den frühen neunziger Jahren wurde das Verfahren zur Herstellung einer breiten Palette von Prototypen und Funktionsteilen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Medizin-/Dentalindustrie verwendet.

Warum DMLS?

DMLS bietet eine zuverlässige Möglichkeit, hochwertige Metallkomponenten in kleinen Produktionsläufen zu liefern. Der Prozess ist unglaublich konsistent, mit minimaler Schrumpfung während der Abkühlung nach dem Drucken und resultierenden mechanischen Werten, die oft die maschinell bearbeiteten Äquivalente übersteigen. Im Vergleich zu CNC-Verfahren reduziert DMLS den typischen Materialverlust um bis zu 90 %.

DMLS bietet auch viel Flexibilität, da Teile nach dem Drucken mit traditionelleren CNC-Methoden weiter veredelt und sogar wie normale Metalle geschweißt werden können. Dazu gehören Gravur- oder Prägedetails, was eine Reihe von Schmuckdesignern dazu veranlasst hat, die Möglichkeiten von DMLS zu erkunden.

Allerdings ist das Verfahren zum 3D-Drucken von Metall im Vergleich zu anderen Verfahren noch relativ jung und daher nicht ohne Nachteile. Das Verfahren ist derzeit aufgrund seiner relativen Komplexität noch auf industrielle Anwendungen beschränkt, wobei die Materialauswahl zum Zeitpunkt des Schreibens noch relativ begrenzt ist. Darüber hinaus ist das Verfahren aufgrund des begrenzten Bauraums der verfügbaren Drucker für besonders große Projekte immer noch ungeeignet.

Welche Materialien können auf diese Weise gedruckt werden?

Das Angebot an druckfähigen Metallen wächst stetig. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels sind für DMLS-Projekte alle in Pulverform verfügbar:

• Edelstahl
• Nickelstahl
• Sterlingsilber
• Gold
• Titan
• Bronze
• Kupfer
• Messing
• Aluminium
• Kobalt-Chrom
• Inconel

Es gibt auch eine Reihe von Kunststoffmaterialien, denen metallische Elemente hinzugefügt wurden, die ihnen einige der Eigenschaften von Metallteilen verleihen. Diese können bei niedrigeren Temperaturen gedruckt werden und behalten dennoch ein metallisches Gefühl. Wenn Sie das am besten geeignete Material für ein Projekt in Betracht ziehen, sehen Sie sich das Spezifikationsblatt jeder Option genau an, das online verfügbar sein sollte. Beachten Sie insbesondere Folgendes:

• Zugfestigkeit (MPa)
• Biegemodul (GPa)
• Reißdehnung (%)
• Härte (normalerweise auf der Rockwell-B-Skala ausgedrückt, obwohl es eine Reihe alternativer Skalen gibt)
• Mindestwandstärke
• Erreichbare Genauigkeit (µm)

Welche Nachbearbeitung ist erforderlich?

Zuallererst müssen bei jedem DMLS-Druck alle Stützelemente entfernt werden, was oft ein ziemlich zeitaufwändiger Prozess ist. Berücksichtigen Sie dies also in Ihren Projektzeitplänen. Hierfür können typische Bearbeitungstechniken verwendet werden.

Die durch direktes Metall-Lasersintern erzeugten Oberflächen sind von Natur aus rau und körnig, was bedeutet, dass ein Polieren erforderlich ist, um eine glatte, attraktive Oberfläche zu erzielen, insbesondere wenn das Teil später zum Gießen verwendet werden soll. Elektropolieren ist in dieser Hinsicht eine effektive Option, da es die Gesamtqualität der Oberflächenbehandlung eines Teils erheblich verbessert, indem die Rauheit minimiert wird, sodass weniger Schmutz daran haften bleibt. Da keine Bearbeitung erforderlich ist, ist dies eine besonders attraktive Option für Teile mit zerbrechlichen Elementen, die durch Bearbeitungstechniken beschädigt werden könnten.

Bestimmte Metallpulver, die für die additive Fertigung verwendet werden, können ihre mechanischen Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung nach dem Drucken erheblich verbessern. Die Spezifikationsblätter für diese Materialien sollten ihre Vor- und Nachbehandlungseigenschaften auflisten.

Effektive Volumenpackung und Teileausrichtung

Berücksichtigen Sie wie bei jedem additiven Fertigungsprojekt Ihre Volumenverpackungsanforderungen so früh wie möglich. Bei den meisten DMLS-Projekten reduziert das Drucken mehrerer Einheiten gleichzeitig die Kosten. Wenn Sie jedoch bestimmen, wie viele Einheiten gleichzeitig mit Ihren verfügbaren Maschinen gedruckt werden können, sollten Sie die Teileausrichtung berücksichtigen, da dies normalerweise die größte Herausforderung beim Drucken von Metallteilen ist. Metallteile erfordern aufgrund der beim Drucken notwendigen Stützstrukturen eine viel spezifischere Ausrichtung als Kunststoffteile, daher muss die Volumenverpackung um diese Überlegung herum geplant werden. Dadurch wird ein vernünftiges Gleichgewicht zwischen Materialkosten, Qualität und Gesamtbauzeit erreicht.