Metall-3D-Druck im Vergleich: Wachsausschmelzverfahren vs. DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

Die Welt der Metalllegierungs-Prototypenfertigung und Kleinserienproduktion hat dank 3D-Drucktechnologie große Fortschritte gemacht. Doch einige traditionelle Techniken sind nicht verschwunden – sie haben sich weiterentwickelt.

Das ist der Fall beim Wachsausschmelzverfahren, einer jahrtausendealten Technik, die sich vom handwerklichen Wachsoriginal über Leichtwachsformen für Kleinserien bis hin zur Fertigung auf 3D-Harzdruckern (Form 2, Castable Resin) oder FDM-Druckern mit spezialisierten Wachsausschmelz-Materialien (MoldLay) entwickelte – revolutioniert durch PolyCast mit hoher Präzision und exzellenter Oberflächenqualität.

Video 1: Teilefertigung per Wachsausschmelzen mit PolyCast. Quelle: Polymaker

Zurück zu den 3D-Druck-Anfängen: PLA – günstiges Material für fast alle Drucker, auch Heimanwender – fertigt das Originalteil, das in Sand-Binder-Masse eingebettet und im Ofen erhitzt zur Form wird.

Vor einigen Jahren (2015), als diese Technik noch nicht gängig war, bat ennomotive – Innovationsplattform mit globaler Ingenieurscommunity – auf Kundenwunsch um innovative, schnellere, günstigere Lösungen für Titanlegierungs-Prototypen für die Luftfahrt und falls möglich Kleinserien, voll funktionsfähig, ohne Kosten und Zeit traditioneller Metallformen für Spritzguss oder Guss.

Damals schlug ein Community-Ingenieur aus dem Gazastreifen (USA-studiert, Abschlussarbeit zu 3D-Druck in PLA + Wachsausschmelzen) genau dies vor. Er kannte die Vorzüge bestens.

Der Kunde, ungläubig vor einer Lösung, die ihm Monate und viele Tausende Euro sparte, die von keinen der tausenden Ingenieure der Firma vorgeschlagen wurde, fragte: „Entspricht das so gefertigte Teil den strengen Luftfahrtstandards?“ Die Antwort war niederschmetternd: „Ja, und es gibt bereits Anwender – wir vermitteln Kontakte, Lieferung in 3 weiteren Tagen.“

Damals konnten 3D-Drucker für Metallteile nur wenige Legierungen, erreichten nicht die nötigen Oberflächen noch technischen Spezifikationen von Gussteilen (und Zentrifugieren/Vakuum falls nötig) – zudem langsam und teuer.

Doch die Technologie evolvierte weiter: Technische Eigenschaften, Kosten und verfügbare Legierungen verbesserten sich. Dennoch ist das Wachsausschmelzverfahren voll im Einsatz und entwickelt sich basierend auf FDM-3D-Druck weiter – so dass, obwohl DMLS-Technologie stark fortschritt, die Frage bliebe: Was würden die Community-Ingenieure heute auf ennomotive.com empfehlen?

Die Antwort: Es variiert stark je nach Teil, technischen/anforderungen, Dimensionen, Materialien etc. – gut möglich, dass die Evolution der Fertigungsmethoden manche Ingenieure zu „Design ändern“ oder „Material wechseln“ raten würde, wie beim ersten Mal, als sie fragten, warum das Teil in Titanlegierung und nicht in einem Harz gefertigt wurde, das die specs erfüllen könnte.

Daher gibt es eine Reihe von Empfehlungen bei der Fertigungstechnologie-Wahl, aber das Expertenauge des konstruierenden Ingenieurs, der diese Techniken gut kennt (Achtung: sie verbessern sich täglich), entscheidet über die beste Qualität/Kosten-Kombination.

• Derzeit erreichen beide Techniken sehr ähnliche Oberflächenqualitäten – Vorzug je nach Prozessqualität und Material. Beispiel: DMLS-Drucker mit toller Oberfläche, aber auch FDM-Filamente für Wachsausschmelzen (PolyCast) für komplett glattes Finish.
• Bei geometrischer Präzision ist das Rennen offen – Tatsache: DMLS erreicht Endteile mit höherer Genauigkeit von 0,1 mm ± 0,3 %.
• Bei Größen: Wachsausschmelzen ermöglicht große Teile (z. B. 2 m), DMLS meist kleinere – können aber nachträglich gefügt werden.
• Vorteil Wachsausschmelzen: Beliebiges Material wählbar, ohne Limits – DMLS-Materialkatalog wächst, aber begrenzt.
• Dagegen DMLS ermöglicht komplexere Geometrien (z. B. interne Strukturen) und dünnere Wände – Wachsausschmelzen erlaubt komplexe Geometrien, aber mit Grenze.
• DMLS erlaubt gleichzeitigen Druck verschiedener Komponenten, integriert in einem Teil (früher nicht der Fall).
• Bei Geschwindigkeit und Kosten – fundamental für Industrie – derzeit Vorteil Wachsausschmelzen, deshalb noch breit in Luftfahrt genutzt; DMLS nähert sich rasant an und wird täglich industrieller eingesetzt.

Beim oben genannten Teil, da Geometrie nicht zu komplex und Material eine Speziallegierung war, für Kleinserie würde man vermutlich wieder Wachsausschmelzen wählen – besonders jetzt mit FDM-Materialien wie PolyCast, exklusiv für Wachsausschmelzen entwickelt. Zwar können sich die Vorzeichen bis zu Ihrem Lesezeitpunkt verschoben haben. Community nochmal befragen? Oder einfach am 3D-Druck-Puls bleiben?

Material- und Technologieentwicklung ist so rasant, dass eine heute akzeptierte Lösung in unter 5 Jahren veraltet sein kann. Der frenetische Fortschritt der additiven Fertigung ist nicht aufzuhalten.

Artikel in Zusammenarbeit mit ennomotive.