Vier Metall-3D-Druckverfahren & ihre Materialien: Umfassender Leitfaden

Tabelle 1. Metall-Pulverbettfusion (PBF) – Vor- und Nachteile

Vorteile	Nachteile
Integrierte Stützung durch Pulverbett, keine Stützen nötig	Einige Hersteller bieten begrenzte Materialauswahl
Glattflächen direkt aus dem Drucker	Erfordert hochwertige, teure Laser
20 µm minimale Schichthöhe, üblich 35–50 µm	Einige Systeme relativ langsamer Bau
Baut porösere Teile	Hohe Restspannungen durch instabile Schmelzpools
	Gedruckte Teile nicht gleich stark/elastisch aus allen Prozessen; immer schwächer/bruchanfälliger als EBM-Teile

Tabelle 2. Directed Energy Deposition (DED) – Vor- und Nachteile

Vorteile	Nachteile
Hohe Druckgeschwindigkeit	Sehr hohe Gerätekosten
Gedruckte Teile haben hohe Dichte und Festigkeit/Elastizität	Keine Stützstrukturen möglich → Überhänge nicht druckbar, Anwendungen limitiert
Reparatur hochwertiger Funktionsbauteile möglich	Relativ niedrige Bauauflösung
Große Bauplattformen verfügbar	Schlechte Oberflächenqualität erfordert Nachbearbeitung
Native Materialeigenschaften in Teilen
Teilefertigung mit minimalem Werkzeugaufwand
Reduzierter Materialabfall
Custom-Legierungen (Multi-Material-Fähigkeit) möglich

Tabelle 3. Metall-Filament-Extrusion – Vor- und Nachteile

Vorteile	Nachteile
Keine spezielle Bauumgebung – Raumtemperatur, normale Atmosphäre	Schwierige Nachbearbeitung zum Sintern der Teile
FFF-Spannungen in gedruckten Teilen	Schwindung macht Dimensionskontrolle im Fertigteil schwer
Breites Materialspektrum auf derselben Maschine	Teilgenauigkeit weitgehend unabhängig von XYZ-Druckauflösung
Günstigere Geräte	Teile nach Sintern niedrige Dichte, relativ schwach
Geringere technische Skills im Betrieb nötig
Großartig für Prototypen

Tabelle 4. Material Jetting & Binder Jetting – Vor- und Nachteile

Vorteile	Nachteile
Keine spezielle Bauumgebung – Raumtemperatur, normale Atmosphäre	Zweistufiger Prozess – Pulverbett wird gelegt, dann Klebstoff per Tintenstrahl zur Schichtbindung
Keine internen Spannungen in gedruckten Teilen	Empfindliche Nachbearbeitung zum Sintern
Breites Materialspektrum auf derselben Maschine ohne Setup-Änderung	Dimensionskontrolle erfordert Fingerspitzengefühl für korrekten Schwund
Günstigere Geräte	Endteilgenauigkeit nicht rein Ergebnis der XYZ-Druckauflösung
Geringere technische Skills im Betrieb nötig	Teile vor Sintern spröde und verletzlich
35 µm minimale Schichthöhe

Metall-3D-Druck ist eine laserbasierte Technologie, die Metallpartikel Schicht für Schicht verschmilzt. Häufig genutzt für Prototyping, Fertigung komplexer Geometrien, Endverbrauchsteile und Reduktion von Metallkomponenten in Baugruppen. Metall-3D-Druck wird mit wachsender Materialfamilie geliefert – bedient diverse Branchen von Schmuck bis Luftfahrt, Medizintechnik bis Kunststofffertigung. Einige Prozesse/Ausrüstungen sind materialspezifisch und limitiert, andere nutzen breites Materialspektrum.

Mehr in unserem Artikel 3D-Druck.

Wie wähle ich den besten 3D-Drucktyp?

Auswahl ist komplex. Nützliche Schritte zur Entscheidung für Metall-3D-Druckverfahren:

1. Teilanforderungen prüfen: Schichthöhenauflösung, Feindetailwiedergabe, mechanische Eigenschaften, kosmetische Qualitätsanforderungen.
2. Materialfamilie für das Teil wählen.
3. Nach Materialwahl verfügbare Prozesse für dieses Material prüfen → bestes Verfahren für gewünschtes Ergebnis wählen.
4. Ressourcenverfügbarkeit checken: Materiallieferanten, Zeit, Kosten.

Was sind Metall-3D-Druck-Materialien?

Lange, wachsende Liste an Metalloptionen. Häufigste Metalltypen:

1. Edelstahl: Meist 3 Legierungsgruppen: 304, 316, 17-4. Korrosionsbeständig, hohe Festigkeit (wenn nicht porös).
2. Werkzeugstähle D2, A2, H13: Hohe Festigkeit, härtbar, verschleißfest, für Werkzeuge/Matrizen.
3. Titan & Ti64: Ideal für Leichtbauteile mit hoher Festigkeit.
4. Aluminium 7075, 4047, 6061, 2319, 4043: Verschiedene Leichtlegierungen für allgemeine, leichte Komponenten.
5. Inconel® 718, 625: Geringe Korrosion, hohe Temperaturbeständigkeit – z. B. Motorteile.
6. Kobalt-Chrom: Superlegierung für Biomedizin und Luftfahrt.
7. Gold/Silber: Reinstmetalle für Schmuck, begrenzte biomedizinische Nutzung.
8. Niob, Niob-Zirkonium: Hochtemperatur-/hochchemisch-beständige Legierungen für Luftfahrt.
9. Tantal: Ähnlich Niob, aber bessere Chemikalienbeständigkeit.
10. Hastelloy® Nickel-Chrom: Zäh – temperatur- und rissbeständig. Turbinen-/Nuklearkomponenten.
11. Wolfram & Legierungen: Extrem hohe Dichte. Strahlenschutz, Kollimatoren, Motorteile.

Mehr in unserem Guide Beste Materialien für Metall-3D-Druck.

Wann erschien Metall-3D-Druck erstmals?

Früheste praktische Ausführung: EOSINT M250, 1994 von Electro Optical Systems gelauncht. Kombinierte Metall mit niedrigschmelzender Legierung zur Kopplung der Primärpartikel. 2004: EOSINT M270 – erstes PBF-System mit Diodenpumpen-200W-Laser zum Schmelzen des Metallfeedstocks. Seither exponentieller Anstieg/Verbesserung bei Methoden, Materialien, Auflösungen.

Zusammenfassung

Xometry bietet breites Fertigungsspektrum, inkl. Metall-3D-Druck für all Ihre Prototyping- und Produktionsbedarfe. Holen Sie sich Ihr Sofortangebot für Metall-3D-Druck und mehr noch heute.

Urheber- und Markenhinweise

1. Inconel® ist eingetragene Marke der Huntington Alloys Division von Special Metals Corp., Huntington, WV.
2. Hastelloy® ist eingetragene Marke von Haynes International, Kokomo, Indiana.

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Autor: Dean McClements – B.Eng (Hons) Maschinenbau, 20+ Jahre Fertigungserfahrung (Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace, Hyster-Yale).