10 führende Innovatoren, die Metall-3D-Druck-Hardware transformieren

Metall-3D-Druck befindet sich in einer einzigartigen Phase seiner Geschichte. Entwicklungen in Hardware, Software und Materialien stellen sicher, dass er weiter reift, um neue Anwendungen zu erschließen und Produkte mit hohem Zuverlässigkeitsniveau zu schaffen.

Heute starten wir eine Artikelserie, die innovative Unternehmen im Metall-AM erforscht, beginnend mit Hardware.

Während sich Metall-3D-Druck weiterentwickelt, betreten neue Hardware-Hersteller den Markt, um aktuelle Herausforderungen mit neuartigen Prozessen oder kreativen Ansätzen bestehender zu adressieren.

Wir haben eine Liste von Unternehmen zusammengestellt, die kürzlich vielversprechende Metall-AM-Technologien kommerzialisiert haben oder dies bald planen – um herauszufinden, wer neben den etablierten Playern die Zukunft des Metall-3D-Drucks prägen wird.

Laser Powder Bed Fusion

Laser Powder Bed Fusion (PBF) Technologie bleibt einer der beliebtesten und fortgeschrittensten Metall-AM-Prozesse. Angesichts der Herausforderungen hoher Hardwarekosten, langsamer Druckgeschwindigkeiten und Limitierungen durch proprietäre Systeme besteht jedoch enormer Verbesserungsspielraum.

Mehrere Unternehmen im PBF-Markt scheinen einige dieser Probleme mit schnelleren, offeneren und flexibleren Metall-PBF-Systemen gelöst zu haben.

1. Aurora Labs

Während die Aussicht, Metallteile mit 1 Tonne Metall pro Tag zu drucken, zu gut klingt, um wahr zu sein, sieht der australische Metall-3D-Drucker-Hersteller Aurora Labs genau das als erreichbar an.

Seit 2014 entwickelt Aurora Labs eine neue Metall-3D-Drucktechnologie für deutlich höhere Geschwindigkeiten. Erstmals vorgestellt auf Formnext 2018, basiert Multilevel Concurrent Printing (MCP™) auf bekannter Powder-Bed-Fusion-Technologie – aber mit einem Twist.

Im Gegensatz zu traditionellen Pulverbett-Technologien, die eine Schicht nach der anderen drucken, druckt MCP mehrere Schichten simultan in einem einzigen Pass.

Wie funktioniert die Technologie? MCP hat zwei Schlüsselelemente: einen gitterartigen Recoater-Mechanismus und mehrere Laserstrahlen. Beim Druckstart gleitet der Recoater, der mehrere Hopper besitzt, über das Druckbett, wobei jeder Hopper unterschiedliche Pulverschichten in einem einzigen Pass ablegt.

Während eine Schicht abgelagert wird, wird sie von einem Laser verschmolzen, der das Pulver durch spezielle Lücken im Recoater erreicht. In demselben Pass werden nachfolgende Schichten abgelagert und successiv von Lasern verschmolzen.

Im Wesentlichen bedeutet dies, dass mehrere Schichten in einem einzigen Pass gedruckt werden können, was den Druckprozess signifikant beschleunigt.

Letzten September berichtete Aurora Labs, dass sein RMP1 3D-Drucker, angetrieben von MCP-Technologie, eine Druckgeschwindigkeit von 350 kg pro Tag erreicht hatte – ein substanzieller Meilenstein im Vergleich zu ca. 15 kg pro Tag, die das System im September 2018 drucken konnte.

Angesichts dieser Verbesserungen ist Aurora Labs gut positioniert, eines der schnellsten Metall-PBF-Systeme auf den Markt zu bringen, das potenziell traditionelle Fertigungsprozesse in puncto Zeit und Kosten rivalisieren könnte.

2. Open Additive

Während viele etablierte 3D-Drucker-Hersteller proprietäre Systeme anbieten, haben sich nur wenige für einen Open-System-Ansatz entschieden.

Eines solchen Unternehmen ist Open Additive, ein Spin-off der Universal Technology Company (UTC), mit dem Ziel, eine industrialisierte Lösung zu entwickeln, die in diverse Umgebungen und Bedürfnisse passt.

Deshalb entwickelte das Unternehmen einen erschwinglichen Laser-PBF-Drucker namens PANDA 3D Printer, mit vielfältigen Anpassungsoptionen – von offener Maschinenarchitektur und Materialien bis zu offenen Parametern und Sensortechnologie.

Open Additive glaubt, dass ein Schlüsselvorteil offener Systeme darin liegt, dass Unternehmen Obsoleszenzrisiken reduzieren können, indem sie Fähigkeiten hinzufügen oder das System anpassen, sobald neue, fortgeschrittene Technologien entwickelt werden.

Dieser offene Hardware- und Materialansatz ist in AM heute nicht besonders üblich, aber die Branche wird zunehmend empfänglicher für solche Entwicklungen. Mit Bemühungen wie denen von Open Additive kommen wir der Vision flexibler, konfigurierbarer additiver Technologie näher, die Unternehmen viele mehr Optionen für Innovation gibt.

3. Sharebot

Die Welt des Einstiegs-Metall-3D-Drucks bevölkert sich schnell, und der Launch von Sharebots MetalONE 3D-Drucker ist ein weiteres Beispiel dieses Trends.

Mit Portfolio, das die Schlüssel-Plastik-3D-Druckprozesse umfasst, war es nur eine Frage der Zeit, bis Sharebot in Metall einstieg.

Im Fall von MetalONE ist die Maschine das Resultat eines Projekts, das sich aus Sharebots SnowWhite SLS-Maschine für Thermoplastpulver entwickelte, die das Unternehmen vor vier Jahren lancierte.

Debütiert letztes Jahr, features die Maschine ein eher kleines Bauvolumen von 65 x 65 x 100 mm. Trotz kompakter Footprint markierte das System einen signifikanten Schritt für das Unternehmen.

Unter 120.000 $ bepreist, sitzt MetalONE in derselben Preiskategorie wie andere Einstiegs-Metalldrucker wie Xact Metals XM200 und ORLAS Creator von OR Laser, beide PBF-basiert.

Solche Systeme sind ideal für Material- oder Designtests vor Skalierung auf größere PBF-Maschinen, aber auch geeignet für kleine Schmuck- und Dentalfertigung.

Es ist spannend zu sehen, wie Sharebot, das als Entwickler grundlegender Desktop-3D-Drucker startete, sein Produktangebot schrittweise zu professionelleren Polymer-3D-Druckern evolvierte und nach Jahren der Forschung bei seinem ersten Metalldrucker angelangt ist.

Positioniert, um Metall-3D-Druck für kleine und mittlere Unternehmen zugänglicher zu machen, ist Sharebot bereit, sein bereits gut entwickeltes Ökosystem zu nutzen, um in einen neuen Markt erschwinglichen Metall-Prototyping und Produktentwicklung einzutreten.

Direct Energy Deposition

Entwicklungen im Bereich Direct Energy Deposition (DED) sind besonders zahlreich. Diese Technologie nutzt eine fokussierte Wärmequelle, um Metallpulver oder -draht zu schmelzen, während es auf der Bauplattform aufgebracht wird.

DED-Hardware-Unternehmen tauchen zunehmend auf, mit einem besonders spannenden Entwicklungsbereich: Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Unten betrachten wir vielversprechende Hardware-Hersteller im WAAM- und Pulver-basierten DED-Bereich.

4. WAAM3D

Stand 2020 bleibt der WAAM-Markt klein, mit einer Handvoll Unternehmen, die diese Metall-3D-Drucktechnologie aktiv entwickeln.

WAAM3D ist vielleicht einer der weniger bekannten Namen im Feld, aber das Unternehmen führte umfangreiche Forschung durch, bevor es seine Technologie zum Markt brachte.

WAAM3D wurde 2018 gegründet, um Cranfield Universitys geistiges Eigentum im WAAM-Bereich zu kommerzialisieren.

Laut Unternehmen hat der Mangel an Lieferkette – nämlich Softwaretools, WAAM-designtem Hardware, Rohmaterialien, Training und Services – die verdiente industrielle Adoption von WAAM-Prozessen behindert, trotz bewiesener Business-Vorteile.

Das Unternehmen zielt darauf ab, eine solche Lieferkette zu schaffen und WAAM-Nutzung in Luftfahrt & Verteidigung, Öl & Gas, Energie und Nuklear zu fördern.

Bisher veröffentlichte WAAM3D mehrere erfolgreiche Anwendungen seiner Technologie. Eine ist ein Titanbauteil, ein 1 m langes Druckgefäß, gefertigt für Thales Alenia Space. Durch WAAM-Produktion sparte das Team über 200 kg Material pro Teil und konsolidierte zwei Gefäßteile in eines.

Anfang dieses Jahres schloss WAAM3D seine erste Series-A-Finanzierungsrunde ab, die das Unternehmen weiter in der Kommerzialisierung der WAAM-Technologie voranbringen wird.

5. AML3D

AML3D ist ein weiteres Unternehmen, dessen Gründung von Cranfield University inspiriert war. AML3Ds Managing Director Andrew Sales studierte in Cranfield und, fasziniert vom Technologiepotenzial, gründete 2014 ein WAAM-Service-Bureau in Australien.

2019 sicherte das Unternehmen Zertifizierung vom globalen Schifffahrts-Akkreditierungsgremium Lloyd's Register. Mit Zertifizierung lieferte AML3D sein erstes Teil an einen Marinekunden: einen Satz martensitischer Edelstahl-Verschleißringe.

Anfang dieses Jahres enthüllte AML3D auch, dass es die Auslieferung seines ersten WAM-basierten 3D-Druckers namens Arcemy an ST Engineering vorbereitet, einen Leader in Aerospace & Defence. Das Arcemy-System kombiniert Schweißen, CAD-Software-Design und Robotik-Technologie, um industrielle, großformatige, voll-dichte Metallteile zu produzieren.

AML3D erwartet, dass seine 3D-Drucktechnologie dem maritimen Sektor, unter anderen, zugutekommt, indem sie Lieferzeiten reduziert und Schiffbau und -reparatur erleichtert.

6. Big Metal Additive

Die Idee, großformatigen 3D-Druck voranzutreiben, inspirierte auch die Gründung von Big Metal Additive (BMA). Dieses Start-up entwickelte eine drahtgeführte, lichtbogenbasierte AM-Methode, um große, komplexe Designstrukturen aus Aluminium zu schaffen.

Mit einem Bauvolumen von über 15 cubic ft und Depositionsraten von bis zu 5 lbs (ca. 2,27 kg) pro Stunde ist BMAs Maschine optimiert für Träger, Auto-Chassis, Gehäuse, Werkzeuge und Vorrichtungen, Balken und Architekturelemente.

Ein weiterer Differenzierungsfaktor: Materialien. Die meisten Metall-3D-Drucker arbeiten nur mit spezialisierten Legierungen, die leicht schmelzen und konsolidieren. Big Metal nutzt acht kommerzielle Aluminium-Lichtbogenschweißlegierungen, die weit weniger kostspielig sind. Das Unternehmen erwartet, zukünftig Edelstahl, Werkzeugstähle, Superlegierungen und Titan hinzuzufügen.

„Wir wollen den Prozess, den wir designed haben, weit verbreitet sehen. Wir wollen ihn überall sehen, von Hot-Rod-Shops bis Wartung und Prototyp-Design-Shops“, sagte Gründer und Präsident Slade Gardner im Interview mit ASME.

Die Pläne des Unternehmens wirken wahrhaft ambitioniert, aber ganz natürlich für ein Unternehmen, das Metall-AM in den Bereich großformatiger Fertigung treiben will.

7. CHIRON Group

Vor wenigen Monaten wagte CHIRON GROUP, ein globaler CNC-Ausrüstungshersteller, den Schritt in die AM-Welt mit der Entwicklung seines ersten DED-3D-Druckers, dem AM Cube.

Was hatte einen so großen Schritt in die 3D-Druck-Arena veranlasst?

Durch Hinzufügen von AM-Technologie zum Produktportfolio zielt CHIRON ab, ein komplettes Paket an Fertigungslösungen zu bieten. Gezielt auf große, komplexe Komponenten erweitert der AM Cube die bestehenden Kernkompetenzen des Unternehmens, die auf Metallbearbeitung und Automatisierung fokussieren.

Zielanwendungen in Aerospace, Energie, Werkzeugbau und anderen Industrien: Das System 3D-druckt Near-Net-Shape-Teile, ist aber auch fähig zu Beschichten und Reparieren von Komponenten.

Ein spannendes Feature des AM Cube ist seine Modularität. Der 3D-Drucker wurde so designed, dass bis zu drei Druckköpfe während eines aktiven Druck- oder Beschichtungsprozesses gewechselt werden können.

Zudem hat Chiron sichergestellt, dass sowohl Draht als auch Pulver nutzbar sind, um Maschinenflexibilität zu erhöhen. Denn Pulverbeschichtung ist in vielen industriellen Settings gängig, während drahtbasiertes DED bessere Sicherheitsmerkmale und Abfallreduktion liefert.

Nun schafft CHIRON eine Facility, wo der neue 3D-Drucker größere Komponenten mit langen Beschaffungszeiten und hohen Materialpreisen produzieren wird.

8. Formalloy

Formalloy existiert seit Anfang 2016, aber in diesen 4 Jahren hat sich das DED-Metall-3D-Druck-Unternehmen einen Namen gemacht.

Formalloys preisgekrönte Technologie soll in der Lage sein, mit einer der umfassendsten Listen an Metalllegierungen am Markt zu drucken. Darüber hinaus sind seine DED-Systeme mit Blaulicht-Lasertechnologie ausgestattet, um Near-Net-Shape-Teile mit Durchmessern von 1 mm bis 1 m bei Depositionsraten bis zu 15 lbs pro Stunde zu erstellen.

Das neueste X-Series-System features auch Formfeed-Pulverzuführer, die 3D-Druck mit Gradient-/Bimetallstrukturen ermöglichen.

Mit dem wachsenden Trend zu In-Prozess-Monitoring implementierte Formalloy Closed-Loop-Control-Technologie in die X-Series, die das System befähigt, Build-Qualität und Genauigkeit in Echtzeit zu überwachen.

Dank Fähigkeit, große Komponenten zu fertigen und Teile zu reparieren, wurden Formalloys 3D-Drucker von Organisationen wie NASA in R&D-Projekten zur Skalierbarkeit großformatiger AM adoptiert.

Durch Entwicklung lösungsorientierter Ansätze für Kostensenkung und Materialflexibilität ist Formalloy ausgereift, um einen Teil des DED-Markts zu erobern, der erst jetzt zu einer stärker besetzten Technologiekategorie wird.

Metall-Photopolymerisation

9. Incus

Incus GmbH, ein Spin-off des österreichischen Keramik-3D-Drucker-Anbieters Lithoz, debütierte seinen neuen Metall-Photopolymerisations-3D-Druckprozess auf Formnext 2019.

Die Technologie hinter seinem neuen 3D-Drucker basiert auf Vat-Polymerisationstechniken wie SLA und DLP, die flüssige Harzmaterialien nutzen. Incus hingegen entwickelte einen Prozess, der das Aushärten eines photoreaktiven, metallgefüllten Materials mittels leistungsstarkem Lichtprojektor ermöglicht. 3D-gedruckte Teile müssen Debinding und Sintern durchlaufen, um finale Eigenschaften zu erreichen.

Potenzielle Vorteile gegenüber anderen Metall-AM-Techniken umfassen Fähigkeit, mit neuen „nicht-schweißbaren“ Metallen zu arbeiten, verbesserte Sicherheit (durch Vermeidung luftgetragener Pulver), erhöhte Genauigkeit und, da lichtbasiert, schnellere Baugeschwindigkeiten.

Die Technologie kam Ende 2019 unter der Hammer-Serie von 3D-Druckern auf den Markt und ist nun bei mehreren Beta-Kunden im Einsatz. Incus feintunt weiter seine Technologie und schaut, mehr Anwendungen in Medizintechnik, Automotive, Aerospace und Schmuck zu erschließen.

Material Jetting

10. Tritone

Fast alle 3D-Druckprozesse fokussieren auf Druck des gewünschten Objekts, mit einer Ausnahme: 3D-Druck von Formen für Guss.

Israeli Start-up Tritone entwickelte die einzigartige MoldJet-Technologie, die die Idee des üblichen 3D-Druckprozesses verdreht: Statt das gewünschte Objekt zu drucken, erstellt Tritones 3D-Drucker zuerst eine Form und füllt diese dann mit Metall- oder Keramikpaste, während ein Präzisionsmesser überschüssiges Material abstreift für eine glatte Schicht.

Das Material durchläuft dann einen thermischen Verarbeitungsschritt zur Härtung, gefolgt von Inspektion zur Analyse der Schichtqualität. Nach Fertigstellung werden Teile vom Tray genommen und in ein Ultraschallbad gelegt, das das Formmaterial auflöst und ein robustes Grünteil hinterlässt, bereit für den finalen Sinterschritt.

Ein Schlüsselvorteil von MoldJet gegenüber anderen 3D-Druckprozessen ist die Fähigkeit, Standard-Metal-Injection-Moulding (MIM)-Pulver zu nutzen, was Materialkosten senken könnte. MIM-Materialien sind vielseitig und überall zu Kommoditätspreisen verfügbar.

Zudem sagt Tritone, Teile können Dichte bis 99 % liefern, mit Qualität vergleichbar MIM-Teilen.

Aktuell fokussiert Tritone auf Weiterentwicklung und Test der von MoldJet getriebenen Maschine. Es wird spannend sein zu sehen, wie die neue Technologie am Markt ankommt, wenn das Unternehmen seinen Metalldrucker kommerzialisiert, Launch geplant für Ende dieses Jahres.

Metall-3D-Druck-Hardware vorantreiben

Metall-3D-Druck ist eine der am schnellsten wachsenden Technologien heute, und ein Grund für dieses Wachstum ist seine anhaltende Evolution.

Neue Hardware-Hersteller, die der AM-Industrie beitreten, sind eine der treibenden Kräfte hinter dieser Evolution, da sie Prozesse entwickeln, die Herausforderungen bestehender Maschinen überwinden.

Der wachsende Wettbewerb im Metall-3D-Druck-Markt befeuert Innovation. Doch um das Beste aus innovativer Metall-AM-Hardware zu machen, muss sie auch durch Fortschritte in anderen Bereichen unterstützt werden, wie Material- und Softwareentwicklung.

Nur durch Schaffung eines Ökosystems, das zuverlässigen und reproduzierbaren Einsatz von Metall-3D-Druck unterstützt, können sowohl Start-ups als auch etablierte Unternehmen Metall-AM zu einer wertvollen Fertigungslösung machen.

Bleiben Sie dran für unseren nächsten Artikel, der einen Blick auf die Rising Stars in Metall-3D-Druck-Materialien wirft.