10 aufstrebende Stars in der Metall-3D-Druckhardware

Der Metall-3D-Druck ist in eine einzigartige Phase seiner Geschichte eingetreten. Die Entwicklungen in Hardware, Software und Materialien sorgen für eine kontinuierliche Reifung, um neue Anwendungen zu erschließen und Produkte mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit zu schaffen.

Heute veröffentlichen wir eine Reihe von Artikeln zu innovativen Unternehmen, die die additive Metallfertigung (AM) vorantreiben, beginnend mit Hardware.

Im Zuge der Weiterentwicklung des Metall-3D-Drucks treten neue Hardwarehersteller auf den Markt, um aktuelle Herausforderungen mit neuartigen Verfahren oder kreativen Ansätzen bestehender zu bewältigen.

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

Laser-Pulverbett-Fusion

Die Laser Powder Bed Fusion (PBF)-Technologie ist nach wie vor eines der beliebtesten und fortschrittlichsten Metall-AM-Verfahren. Angesichts der Herausforderungen hoher Hardwarekosten, langsamer Druckgeschwindigkeiten und der Einschränkungen durch proprietäre Systeme gibt es jedoch viel Raum für Verbesserungen.

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

1. Aurora Labs

Während die Aussicht auf den 3D-Druck von Metallteilen mit einer Geschwindigkeit von 1 Tonne Metall pro Tag zu schön klingt, um wahr zu sein, scheint der australische Hersteller von 3D-Metalldruckern Aurora Labs genau das zu erreichen.

Seit 2014 entwickelt Aurora Labs eine neue Metall-3D-Drucktechnologie, um den Metall-3D-Druck mit viel höheren Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Das auf der Formnext 2018 erstmals vorgestellte Multilevel Concurrent Printing (MCP™) basiert auf der bekannten Pulverbett-Fusionstechnologie – aber mit einer Wendung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Pulverbett-Technologien, die eine Schicht mit einer Zeit druckt MCP mehrere Schichten gleichzeitig in einem einzigen Durchgang.

Wie funktioniert die Technologie? Die MCP-Technologie hat zwei Schlüsselelemente:einen gitterartigen Recoater-Mechanismus und mehrere Laserstrahlen. Wenn der Druck beginnt, gleitet die Recoater-Vorrichtung mit mehreren Trichtern über das Druckbett, wobei jeder Trichter in einem einzigen Durchgang verschiedene Pulverschichten aufträgt.

Wenn eine Schicht aufgetragen wird, wird sie durch ein Laser, der durch die speziellen Zwischenräume im Beschichter das Pulver erreicht. Während desselben Durchlaufs werden aufeinanderfolgende Schichten aufgetragen und nacheinander per Laser verschmolzen.

Das bedeutet im Wesentlichen, dass mehrere Schichten in einem Durchgang gedruckt werden können, was den Druckprozess erheblich beschleunigt.

Im vergangenen September berichtete Aurora Labs, dass sein mit der MCP-Technologie betriebener RMP1 3D-Drucker eine Druckgeschwindigkeit von 350 kg pro Tag erreicht hat – ein bedeutender Meilenstein, verglichen mit etwa 15 kg pro Tag, die das System drucken konnte im September 2018. 

Angesichts dieser Verbesserungen ist Aurora Labs gut positioniert, um eines der schnellsten Metall-PBF-Systeme auf den Markt zu bringen, das in Bezug auf Zeit und Kosten potenziell mit herkömmlichen Herstellungsverfahren konkurrieren wird.

2. Additiv öffnen 

Während viele etablierte Hersteller von 3D-Druckern proprietäre Systeme anbieten, haben sich nur wenige Unternehmen für einen offenen Systemansatz entschieden.

Ein solches Unternehmen ist Open Additive, ein Spin-off von Universal Technology Company (UTC), mit dem Ziel, eine industrialisierte Lösung zu entwickeln, die in eine Vielzahl von Umgebungen und Anforderungen passt.

Aus diesem Grund hat das Unternehmen ein erschwingliches Laser-PBF-System namens PANDA 3D-Drucker mit mehreren anpassbaren Optionen entwickelt, von offener Maschinenarchitektur und Materialien bis hin zu offenen Parametern und Sensortechnologie.

Open Additive ist der Ansicht, dass einer der Hauptvorteile der Verwendung offener Systeme darin besteht, dass Unternehmen das Risiko der Obsoleszenz verringern können, indem sie mehr Funktionen hinzufügen oder das System anpassen, wenn neue, fortschrittliche Technologien entwickelt werden.

Dieser offene Hardware- und Materialansatz ist heute in AM nicht besonders verbreitet, aber die Industrie wird für solche Entwicklungen immer empfänglicher. Mit Bemühungen wie dem von Open Additive kommen wir der Vision einer flexiblen, konfigurierbaren Additivtechnologie nahe, die Unternehmen viele weitere Möglichkeiten bietet, Innovationen voranzutreiben.

3. Sharebot

Die Welt des Metall-3D-Drucks der Einstiegsklasse breitet sich schnell aus, und die Einführung des MetalONE 3D-Druckers von Sharebot ist ein weiteres Beispiel für diesen Trend.

Mit dem Portfolio, das die wichtigsten 3D-Druckverfahren für Kunststoff umfasst, war es nur eine Frage der Zeit, bis Sharebot auf Metall umsteigt.

Im Fall von MetalONE ist die Maschine das Ergebnis eines Projekts, das sich aus der SnowWhite SLS-Maschine von Sharebot für thermoplastische Pulver entwickelt hat, die das Unternehmen vor vier Jahren auf den Markt brachte.

Die im letzten Jahr vorgestellte Maschine verfügt über einen eher kleinen Bauraum von 65 x 65 x 100 mm. Aber trotz seines geringen Platzbedarfs bedeutete das System einen bedeutenden Fortschritt für das Unternehmen.

Mit einem Preis von unter 120.000 USD liegt der MetalONE in derselben Preiskategorie wie andere Metall-3D-Drucker der Einstiegsklasse, wie der XM200 . von Xact Metal und der ORLAS Creator von OR Laser, beide basierend auf der PBF-Technologie.

Solche Systeme eignen sich alle ideal zum Testen von Materialien oder Teiledesigns, bevor sie auf größere PBF-Maschinen hochskaliert werden, können aber auch für die Schmuck- und Dentalherstellung in kleinem Maßstab geeignet sein.

Es ist spannend zu sehen, wie Sharebot, das als Entwickler einfacher Desktop-3D-Drucker begann, sein Produktangebot nach und nach auf professionellere Polymer-3D-Drucker ausgeweitet hat und nach jahrelanger Forschung zu seinem ersten gekommen ist 3D-Drucker aus Metall.

Sharebot will kleinen und mittleren Unternehmen den Zugang zum 3D-Metalldruck erleichtern und ist bereit, sein bereits gut entwickeltes Ökosystem zu nutzen, um einen neuen Markt für erschwingliche Metall-Prototyping und Produktentwicklung zu erschließen.

Direkte Energieablagerung

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

DED-Hardwareunternehmen tauchen zunehmend auf, wobei ein besonders spannendes Entwicklungsgebiet das Wire Arc Additive ist Herstellung (WAAM). Im Folgenden werfen wir einen Blick auf einige vielversprechende Hardwarehersteller im Bereich WAAM und pulverbasierte DED-Verfahren.

4. WAAM3D

Ab 2020 bleibt der WAAM-Markt klein und eine Handvoll Unternehmen entwickeln diese Metall-3D-Drucktechnologie aktiv weiter.

WAAM3D ist vielleicht einer der weniger bekannten Namen auf diesem Gebiet, aber das Unternehmen hatte umfangreiche Recherchen durchgeführt, bevor es sich entschied, seine Technologie auf den Markt zu bringen.

WAAM3D wurde 2018 gegründet, um das geistige Eigentum der Cranfield University im Bereich WAAM zu kommerzialisieren.

Nach Angaben des Unternehmens hat der Mangel an Lieferketten – nämlich Softwaretools, von WAAM entwickelte Hardware, Rohstoffe, Schulungen und Dienstleistungen – die verdiente industrielle Einführung von WAAM-Prozessen trotz der nachgewiesenen geschäftlichen Vorteile behindert .

Das Unternehmen zielt darauf ab, eine solche Lieferkette zu schaffen und den Einsatz von WAAM in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungs-, Öl- und Gas-, Energie- und Nuklearindustrie zu fördern.

Bislang hat WAAM3D mehrere erfolgreiche Anwendungen seiner Technologie veröffentlicht. Eines ist ein Titanteil, ein 1 m langer Druckbehälter, der für Thales Alenia Space hergestellt wurde. Durch den Einsatz von WAAM zur Herstellung dieser Komponente sparte das Team mehr als 200 kg Material pro Artikel ein und konnte zwei Teile des Behälters zu einem zusammenfassen.

Anfang dieses Jahres hat WAAM3D seine erste Serie A fertiggestellt Finanzierungsrunde, die das Unternehmen bei der Kommerzialisierung der WAAM-Technologie voranbringen soll.

5. AML3D

AML3D ist ein weiteres Unternehmen, dessen Gründung von der Cranfield University inspiriert wurde. Andrew Sales, Managing Director von AML3D, studierte in Cranfield und war fasziniert vom Potenzial der Technologie. Er gründete 2014 ein WAAM-Servicebüro in Australien. 

2019 erhielt das Unternehmen die Zertifizierung durch die globale Akkreditierungsstelle der Schifffahrtsindustrie, Lloyds Register. Mit der Zertifizierung lieferte AML3D sein erstes Teil an einen Schifffahrtskunden:einen Satz Verschleißringe aus martensitischem Edelstahl.

Anfang dieses Jahres gab AML3D außerdem bekannt, dass es die Auslieferung seines ersten WAM-basierten 3D-Druckers namens Arcemy an ST Engineering, ein führendes Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung, vorbereitet. Das Arcemy-System kombiniert Schweißen, CAD-Softwaredesign und Robotertechnologie, um großformatige und vollständig dichte Metallteile in Industriequalität herzustellen.

AML3D erwartet, dass seine 3D-Drucktechnologie unter anderem dem maritimen Sektor zugute kommt , was dazu beiträgt, Vorlaufzeiten zu verkürzen und den Schiffbau und die Reparatur zu erleichtern.

6. Großes Metalladditiv

Die Idee, den großformatigen 3D-Druck voranzutreiben. hat auch die Gründung von Big Metal Additive (BMA) inspiriert. Dieses Start-up hat eine drahtgespeiste, lichtbogenbasierte AM-Methode entwickelt, um große, komplexe Designstrukturen aus Aluminium zu erzeugen.

Mit einem Bauvolumen von über 15 Kubikfuß und Abscheidungsraten von bis zu 5 lbs (ca. 2,27 kg) pro Stunde ist die Maschine von BMA für die Herstellung von Traversen, Autochassis, Gehäusen, Werkzeugen und Vorrichtungen, Trägern und architektonischen Elementen optimiert.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal für das BMA-System sind die Materialien. Die meisten 3D-Metalldrucker funktionieren nur mit speziellen Legierungen, die leicht schmelzen und sich verfestigen. Big Metal verwendet acht handelsübliche Aluminium-Lichtbogenschweißlegierungen, die viel kostengünstiger sind. Das Unternehmen geht davon aus, in Zukunft auch Edel- und Werkzeugstähle, Superlegierungen und Titan hinzuzufügen.

„Wir wollen, dass das von uns entwickelte Verfahren weit verbreitet ist. Wir wollen es überall, von Hot-Rod-Shops über Wartung bis hin zu Prototypen-Design-Shops“, sagte Firmengründer und Präsident Slade Gardner in einem Interview mit ASME.

Die Pläne des Unternehmens scheinen wirklich ehrgeizig, aber ganz natürlich für ein Unternehmen, das Metall-AM in den Bereich der großformatigen Fertigung bringen möchte.

7. CHIRON-Gruppe 

Vor einigen Monaten hat die CHIRON GROUP, ein globaler Hersteller von CNC-Ausrüstung, mit der Entwicklung ihres ersten DED-3D-Druckers, dem AM Cube, ihren Vorstoß in die Welt von AM gemacht.

Aber was hat überhaupt zu einem so großen Schritt in den 3D-Druck geführt?

Durch die Aufnahme der AM-Technologie in sein Produktportfolio möchte CHIRON ein komplettes Paket von Fertigungslösungen anbieten. Ausgerichtet auf große und komplexe Bauteile erweitert der AM Cube die bestehenden Kernkompetenzen des Unternehmens mit den Schwerpunkten Metallbearbeitung und Automatisierung.

Das System zielt auf Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Energie, Werkzeugbau und anderen Industrien ab und druckt endkonturnahe 3D-Teile, kann aber auch Bauteile beschichten und reparieren.

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

Zusätzlich hat Chiron dafür gesorgt, dass sowohl Draht als auch Pulver verwendet werden können, um die Flexibilität der Maschine zu erhöhen. Das liegt daran, dass das Beschichten mit Pulver in vielen industriellen Umgebungen ein weit verbreitetes Verfahren ist, während drahtbasiertes DED bessere Sicherheitseigenschaften bietet und Abfall reduziert.

Jetzt baut CHIRON eine Anlage, in der es sein neues 3D . einsetzen wird Drucker zur Herstellung größerer Bauteile, mit langen Beschaffungszeiten und hohen Materialpreisen.

8. Formell

Formalloy gibt es seit Anfang 2016, aber in diesen 4 Jahren hat sich das Metall-3D-Druckunternehmen DED einen Namen gemacht.

Die preisgekrönte Technologie von Formalloy soll in der Lage sein, mit einer der umfassendsten Listen von Metalllegierungen auf dem Markt zu drucken. Darüber hinaus sind die DED-Systeme mit Blaulicht-Lasertechnologie ausgestattet, um endkonturnahe Teile mit Durchmessern von 1 mm bis 1 m mit einer Auftragsrate von bis zu 15 lbs pro Stunde zu erzeugen.

Das neueste System der X-Serie des Unternehmens verfügt auch über Formfeed-Pulverförderer, die den 3D-Druck mit Gradienten-/Bimetallstrukturen ermöglichen.

Angesichts des wachsenden Trends zur In-Prozess-Überwachung implementierte Formalloy in die X-Serie eine Closed-Loop-Steuerungstechnologie, die es dem System ermöglicht, die Fertigungsqualität und -genauigkeit in Echtzeit zu überwachen.

Dank seiner Fähigkeit, große Komponenten herzustellen und Teile zu reparieren, wurden die 3D-Drucker von Formalloy beispielsweise von der NASA in einer Reihe von F&E-Projekten eingesetzt, um die Skalierbarkeit von großformatiger AM zu untersuchen.

Durch die Entwicklung von Lösungen, die auf Kostensenkung und Materialflexibilität ausgerichtet sind, ist Formalloy bestrebt, einen Teil des DED-Marktes zu erobern, der erst jetzt zu einer immer dichter werdenden Technologiekategorie wird.

Metallphotopolymerisation

9. Inkus 

Incus GmbH, ein Spin-off des österreichischen Herstellers von keramischen 3D-Druckern Lithoz, hat auf der Formnext 2019 sein neues Metall-Photopolymerisations-3D-Druckverfahren vorgestellt. 

Die Technologie des neuen 3D-Druckers basiert auf auf die Kesselpolymerisationstechniken wie SLA und DLP, die flüssige Harzmaterialien verwenden. Incus hingegen hat ein Verfahren entwickelt, das die Aushärtung eines photoreaktiven, metallgefüllten Materials mit einem leistungsstarken Lichtprojektor ermöglicht. Mit dieser Technologie 3D-gedruckte Teile müssen entbindert und gesintert werden, um ihre endgültigen Eigenschaften zu erreichen.

Potenzielle Vorteile dieses Verfahrens gegenüber anderen Metall-AM-Techniken umfassen die Fähigkeit, mit neuen "nicht schweißbaren" Metallen zu arbeiten, verbessert Sicherheit (durch Vermeidung von luftgetragenen Pulvern), erhöhte Genauigkeit und, da lichtbasiert, schnellere Baugeschwindigkeiten.

Die Technologie wurde Ende 2019 unter der Hammer-Serie von 3D-Druckern auf den Markt gebracht und ist mittlerweile für mehrere Beta-Kunden im Einsatz. Incus verfeinert seine Technologie weiter und möchte weitere Anwendungen in den Bereichen Medizin, Automobil, Luft- und Raumfahrt sowie Schmuck erschließen.

Materialstrahlen

10. Tritonus

Fast alle 3D-Druckverfahren konzentrieren sich auf den Druck des eigentlichen Objekts, mit Ausnahme des 3D-Drucks von Gussformen.

Das israelische Start-up Tritone hat die einzigartige MoldJet-Technologie entwickelt, die die Idee des üblichen 3D-Druckverfahrens verdreht:Anstatt das gewünschte Objekt in 3D zu drucken, erstellt der 3D-Drucker von Tritone zuerst eine Form und füllt sie dann mit einer Metall- oder Keramikpaste, während eine Präzisionsklinge überschüssiges Material abwischt, um eine glatte Schicht zu hinterlassen.

Das Material durchläuft dann einen thermischen Verarbeitungsschritt, um es zu härten, gefolgt von einer Inspektion zur Analyse der Schichtqualität. Nach der Fertigstellung werden die Teile aus der Schale genommen und in ein Ultraschallbad gelegt, das das Formmaterial auflöst, um ein robustes Grünteil zu hinterlassen, das für den letzten Sinterschritt bereit ist.

Einer der Hauptvorteile bei der Verwendung von MoldJet gegenüber anderen 3D-Druckverfahren ist die Möglichkeit, Standard-Metallspritzguss (MIM)-Pulver zu verwenden, was die Materialkosten senken könnte. MIM-Materialien sind vielseitig und überall zu Rohstoffpreisen erhältlich.

Außerdem sagt Tritone, dass Teile eine Dichte von bis zu 99 Prozent erreichen können, bei einer Qualität ähnlich der von MIM-Teilen.

Derzeit konzentriert sich Tritone darauf, die Maschine mit MoldJet-Technologie weiterzuentwickeln und zu testen. Es wird spannend sein zu sehen, wie die neue Technologie auf dem Markt ankommt, wenn das Unternehmen seinen 3D-Metalldrucker vermarkten wird, dessen Markteinführung für Ende dieses Jahres geplant ist.

Entwicklung von Metall-3D-Druckhardware 

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

Neue Hardwarehersteller, die in die AM-Industrie eintreten, sind eine der treibenden Kräfte hinter dieser Entwicklung, da sie darauf abzielen, Prozesse zu entwickeln, die die Herausforderungen der bereits bestehenden Maschinen meistern.

Der wachsende Wettbewerb auf dem Markt des Metall-3D-Drucks fördert Innovationen. Um das Beste aus der innovativen Metall-AM-Hardware herauszuholen, muss sie jedoch auch durch die Fortschritte in anderen Bereichen wie der Material- und Softwareentwicklung unterstützt werden.

Nur durch die Schaffung eines Ökosystems, das den zuverlässigen und wiederholbaren Einsatz des Metall-3D-Drucks unterstützt, können sowohl Start-ups als auch etabliertere Unternehmen Metal AM zu einer wertvollen Fertigungslösung machen.

Bleiben Sie gespannt auf unseren nächsten Artikel, der einen Blick auf die aufstrebenden Stars im Bereich Metall-3D-Druckmaterialien wirft.