Technologieüberblick:Wann Sie sich wirklich für den Metall-3D-Druck entscheiden sollten

Seit ihrer Gründung hat die additive Metallfertigung die Aufmerksamkeit von Ingenieuren und Technikbegeisterten wegen ihres unkonventionellen Bottom-up-Ansatzes und der Begeisterung darüber, wozu sie fähig ist, auf sich gezogen. Ist es wirklich vorteilhaft, die additive Fertigung für ein Teil einzusetzen, das seit Jahren zuverlässig durch subtraktive Verfahren hergestellt wird? Dieser Artikel diskutiert diese Frage und zeigt Fälle auf, in denen der Metall-3D-Druck eine gute Wahl für die Herstellung von Teilen sein kann und in welchen nicht.

Metall-3D-Druck (DMLS):Prozessübersicht

Herkömmliche Fertigungstechnologien wie die CNC-Bearbeitung sind normalerweise subtraktive Prozesse, was bedeutet, dass Material entfernt wird, um ein Produkt zu formen, während die Metall-3D-Drucktechnologie additiv ist. Eine der gebräuchlichsten und beliebtesten Metall-3D-Drucktechnologien ist das direkte Metall-Lasersintern (DMLS).

Der typische DMLS-Prozess beginnt mit dem Aufteilen der 3D-Design-CAD-Dateidaten in extrem dünne Schichten, wodurch effektiv ein 2D-Modell für jede Schicht erstellt wird.

Die Maschine verwendet einen leistungsstarken optischen Laser. Innerhalb des Baukammerbereichs gibt es eine Materialausgabeplattform und eine Bauplattform zusammen mit einer Rolle, die verwendet wird, um neues Pulver über die Bauplattform zu bewegen. Die Technologie verschmilzt Metallpulver zu einem festen Teil, indem es mithilfe des fokussierten Laserstrahls lokal aufgeschmolzen wird. Bauteile werden Schicht für Schicht additiv aufgebaut.

Fälle, in denen man sich für den Metall-3D-Druck entscheiden sollte

Der Metall-3D-Druck bietet gegenüber der herkömmlichen Bearbeitung eine Reihe von Vorteilen. Wir haben hier einige Fälle aufgelistet, in denen es sich lohnt, den 3D-Metalldruck gegenüber der CNC-Bearbeitung in Betracht zu ziehen.

Ihr Design ist komplex

Wenn es um Designkomplexität und -freiheit geht, hat der Metall-3D-Druck einen großen Vorteil gegenüber herkömmlichem. Viele komplexe Konstruktionen lassen sich mit herkömmlichen Technologien nicht so einfach herstellen wie mit 3D-Druck. Sehen Sie sich das Beispiel unten an

Diese Art von komplexem Design kann mit herkömmlichen Technologien sehr schwierig zu bearbeiten sein, selbst mit 5-Achsen-CNC-Maschinen.

Ein weiterer Vorteil sind hier die geringen Kosten der Komplexität. Die Herstellung komplexer mechanischer Teile durch traditionelle Fertigung erfordert Präzision und Fähigkeiten, insbesondere für die Montage komplexer Teile, was bedeutet, dass der Preis mit der Komplexität steigt. Dies ist beim 3D-Druck nicht der Fall, bei dem ein ganzes Teil in einem Vorgang erstellt wird, anstatt jede Komponente vor dem Zusammenbau zu erstellen. Daher gibt es keine zusätzlichen Kosten für die Komplexität.

Sie brauchen dringend Prototypen aus Metall

Wenn die Anzahl der erforderlichen Teile geringer ist, beispielsweise 1 bis 5 oder so, oder für das Prototyping, ist Metall-AM viel vorteilhafter. Da die Kosten für jede hinzugefügte Einheit fast gleich sind, ist es möglich, eine erforderliche Menge an Änderungen an dem Teil vorzunehmen. Es kann für das Prototyping verwendet werden:Sie würden 3D-Druck verwenden, um einen Prototyp zu erstellen und den Prototyp zu aktualisieren, bis die erforderlichen Funktionen erfüllt sind. Dies ist ein entscheidender Schritt, bevor das Produkt in die Massenproduktion geht. Es kann auch während des restlichen Herstellungsprozesses verwendet werden, um einzigartige Stücke zu schaffen, die besser auf Ihre Bedürfnisse eingehen können.

Außerdem kann es schneller sein, 3D-Metalldrucke zu erhalten als CNC-bearbeitete Teile. Die CNC-Bearbeitung erfordert normalerweise mehr Zeit, um Materialien zu lagern, die Maschine einzurichten und die richtigen Werkzeuge zu beschaffen. Dadurch kann es mehrere Wochen dauern, bis man das erste Teil in der Hand hat. Für den 3D-Druck, selbst für DMLS, das komplexer als herkömmliche ist, kann das Teil bei Bedarf gedruckt und ohne Hochlauf oder Werkzeug versandt werden, was zu einer kürzeren Vorlaufzeit im Vergleich zu herkömmlichen Technologien führt. Die Kombination aus verkürzter Vorlaufzeit und effizienterem Prototyping-Prozess verkürzt die Durchlaufzeit. Dies ist einer der größten Vorteile des Metall-3D-Drucks.

Du willst leichte und langlebige Komponenten

Die Luft- und Raumfahrt- und Medizinindustrie benötigen natürlich leichte und dennoch langlebige Teile. Superlegierungen wie Inconel 718, AlSi10Mg, Kobalt-Chrom sind bekanntermaßen leicht im Vergleich zu ihren konventionell bearbeiteten Gegenstücken. Die Herstellung eines Teils mit diesen Legierungen macht sie natürlich vergleichsweise leicht. Beispielsweise wurden die berühmten 3D-gedruckten Kraftstoffdüsen von GE für seine LEAP-Triebwerksfamilie früher aus 20 Einzelteilen von unabhängigen Lieferanten hergestellt, aber die Verwendung von direktem Metall-Lasersintern (DMLS) führte zu einer einteiligen Komponente, die 25 Prozent leichter und leichter ist fünfmal stärker als die Originalteile. Klicken Sie hier, um mehr zu erfahren.

Sie möchten Materialverschwendung vermeiden

Der 3D-Druck ist unglaublich ressourceneffizient, da das einzige verbrauchte Material das ist, was unter den Laser (oder durch den Extruder usw.) läuft, während die herkömmliche CNC-Bearbeitung Späne und kleine Metallstücke hinterlässt, die recycelt werden sollten. Die Tatsache, dass Hersteller nicht so viel von einem bestimmten Produkt produzieren müssen, um die Einrichtungskosten zu rechtfertigen, reduziert auch den Ausschuss.

Nachteile der Wahl des Metall-3D-Drucks

Abgesehen von den Vorteilen, die der Metall-3D-Druck gegenüber herkömmlichen Technologien besitzt, gibt es einige Überlegungen, bei denen letztere bevorzugt wird.

Körnige Oberflächenbeschaffenheit

Der 3D-Druck ist ein additiver Prozess, was bedeutet, dass die Oberflächen nicht so glatt sind wie bei der CNC-Bearbeitung und dass es nicht so einfach ist, die gewünschten Oberflächenstrukturen herzustellen. Wenn Ihnen also die Oberflächenbeschaffenheit wichtig ist, sollte stattdessen eine CNC-Bearbeitung in Betracht gezogen werden. Nichtsdestotrotz stehen viele Nachbearbeitungstechniken zur Verfügung, um Stützstrukturen zu entfernen, das Finish zu verbessern und die Ästhetik zu verbessern, auch die Kosten steigen entsprechend.

Weniger stärkere Teile

Aufgrund der additiven Technologie selbst können 3D-gedruckte Metallteile nicht so stark sein wie die aus einem massiven Metallblock gefertigten. Die Endfestigkeit hängt von Design, Größe und Material ab, aber im Allgemeinen ist die Druckfestigkeit von 3D-Metalldrucken im Durchschnitt 40–50 % geringer als von CNC-bearbeiteten Teilen.

Teuere Serienproduktion

Die Massenproduktion wird durch CNC-Bearbeitung billiger. Die Massenproduktion ist branchenübergreifend immer noch ein entscheidender Faktor, und hier hinkt der 3D-Druck hinterher, und die Geschwindigkeit, mit der ein 3D-Drucker ein Objekt zusammenbauen kann, verblasst oft im Vergleich zum herkömmlichen Fließband.

Begrenztes Bauvolumen

Wenn eine große Teilegröße erforderlich ist, ist es immer besser, sich für die CNC-Bearbeitung zu entscheiden. Beispielsweise beträgt die maximale Teilegröße, die mit DMLS erreicht wird, 250 x 250 x 325 mm und für die CNC-Bearbeitung 2000 x 800 x 1000 mm. Der Größenvergleich zeigt deutlich die Unfähigkeit des 3D-Drucks bei der Herstellung riesiger Teile aufgrund seiner begrenzten Pulverbettgröße.

Eingeschränkte Materialauswahl

Herkömmliche Fertigungsmöglichkeiten wie Spritzguss und CNC-Bearbeitung können eine hohe Materialauswahl bieten. Beim Metall-3D-Druck ist die Materialauswahl geringer, was ein limitierender Faktor sein kann, wenn bestimmte Materialien für das benötigte Teil benötigt werden und bei der Entscheidung, welche technischen Eigenschaften Ihr Produkt haben soll, berücksichtigt werden muss. Ab sofort haben wir bei Xometry fünf Metall-/Legierungspulver, die DMLS unterstützen, während es keine andere Option als herkömmliche Bearbeitungsverfahren gibt, wenn das erforderliche Teil ein anderes Material benötigt.

Zusammenfassung

Man kann nicht sagen, dass der Metall-3D-Druck traditionelle Fertigungstechnologien in allen Aspekten ersetzt, da beide ihre eigenen Vorteile haben, wo sie glänzen, und Nachteile, wo sie es nicht tun. Hier ist eine kurze Zusammenfassung der Stärken beider Technologien:

Metall-3D-Druck	CNC-Bearbeitung
Schnellere Bearbeitung	Massenproduktion
Prototyping und Kleinserienfertigung	Feste Oberflächenstruktur
Einfaches Erstellen komplexer Designs	Materialverbrauch und Bedarf an technischen Eigenschaften, die beim 3D-Druck nicht verfügbar sind
Reduzierter Abfall	Große Teile
Anpassung und Anpassbarkeit	Starke Teile

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