Die 4 besten Metallmaterialien für den Hochleistungs-3D-Druck

1. Edelstahl

Edelstahl ist weithin für seine Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und sein hervorragendes ästhetisches Erscheinungsbild bekannt. Mit Edelstahl bedruckte Teile können die gleiche oder sogar eine höhere Festigkeit aufweisen als Teile, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt wurden. Die Festigkeit, Härte und andere Eigenschaften von 3D-gedrucktem Edelstahl hängen hauptsächlich von der spezifischen Technologie ab, die zum Drucken des Teils verwendet wird. 

Mit Edelstahl bedruckte Teile finden in vielen Branchen Anwendung, darunter in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der militärischen Hardware und der Medizintechnik. Im Vergleich zu anderen metallischen 3D-Druckmaterialien können Edelstahlteile aufgrund der Zugabe von Chrom mit den glattesten Oberflächen hergestellt werden.

Für den 3D-Druck verwendetes Edelstahlpulver gibt es in verschiedenen Qualitäten und Legierungen, darunter 316L, 304L, 630, 410, 420, 254, 17-4 PH, 15-5PH, PH1 und GP1. Von diesen ist 316L die am häufigsten verwendete Sorte im 3D-Metalldruck. Es besteht aus 66–70 % Eisen, angereichert mit 16–18 % Chrom, 11–14 % Nickel, 2–3 % Molybdän und weniger als 0,03 % Kohlenstoff. Dieses 3D-Druckmaterial ist für seine Duktilität und gute Korrosionsbeständigkeit bekannt. 

2. Werkzeugstähle

Werkzeugstähle sind eine Familie von Legierungen auf Eisenbasis mit relativ hohem Kohlenstoffgehalt, die mit anderen Legierungselementen, darunter Wolfram, Chrom, Vanadium und Molybdän, Karbide bilden. Werkzeugstähle bieten eine hervorragende Kombination aus Warmfestigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit. Diese Stähle werden häufig bei der Herstellung von Formen, Stempeln und Schneidwerkzeugen in verschiedenen Branchen eingesetzt. Die Werkzeuge werden zur Herstellung von Geometrien verwendet, die in anderen Produktherstellungsprozessen verwendet werden, einschließlich Extrusion, Schneiden, Gießen, Spritzgießen, Stanzen und Komponentenmontage. Die folgenden Werkzeugstahloptionen stehen für den 3D-Metalldruck zur Verfügung:D2, M2, H13, H11, MS1 und 1.2709.

3. Titan

Titan ist das am häufigsten verwendete Metall in der additiven Fertigungsindustrie. Es wird unter anderem in der Medizin-, Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Elektronikindustrie häufig eingesetzt. Titan und seine Legierungen weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf. Sie bieten außerdem eine bessere Korrosionsbeständigkeit als Edelstahl.

Für den Metall-3D-Druck stehen die folgenden Titanmaterialoptionen zur Verfügung:Ti-6Al-4V, Beta 21S, Cp-Ti (kommerziell reines Titan) und TA15. 

Was ist Metall-3D-Druck?

Beim Metall-3D-Druck handelt es sich um eine Methode zur Herstellung von Metallteilen oder -produkten, bei der die allgemeinen Prinzipien und Methoden der additiven Fertigungsmethoden adaptiert und auf pulverförmige Metalle angewendet werden. Beim 3D-Druck wird immer ein Teil aus Pulver oder Filamentdraht Schicht für Schicht unter Computersteuerung aufgebaut.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die aufeinanderfolgenden Metallpulverschichten miteinander zu verbinden, um die endgültige Form zu erhalten. Sie können mit einem Laser- oder Elektronenstrahl geschmolzen, mit einem Bindemittel besprüht (Binder Jetting) oder direkt als geschmolzene Tröpfchen gedruckt werden, die aus Metallfäden mit Direct Energy Deposition (DED)- oder Fused Deposition Modeling (FDM)-Druckern erhitzt werden.

Welche Metalle können Sie 3D-drucken?

Der 3D-Metalldruck kann mit einer Vielzahl von Metallpulvern durchgeführt werden. Dazu gehören unter anderem Stahl, Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Kobalt, Wolfram, Titan und Nickelbasislegierungen. Auch Edelmetalle wie Platin, Gold, Palladium und Silber können im 3D-Druck verwendet werden.  

Wie funktioniert der Metall-3D-Druck? 

Die Funktionsprinzipien einer Metall-3D-Druckmethode hängen vom verwendeten Material ab, sei es Pulver, Filament oder Draht. Von diesen drei Optionen ist das Drucken mit Pulver die gebräuchlichste Methode. 

Beim Pulvermetall-3D-Druck wird das Metallpulver für die erste Schicht vom Pulverbeschichter oder Nachbeschichter auf dem Boden der Bauplattform verteilt. Anschließend wird ein leistungsstarker Laser- oder Elektronenstrahl verwendet, um das Material beim Scannen des Pulvers selektiv zu verbinden. Dadurch entsteht eine feste Schicht des Objekts. Anschließend wird die Plattform um 50–200 Mikrometer nach unten verschoben, während eine weitere gleichmäßige Schicht Metallpulver über die vorherige Schicht verteilt wird und der Vorgang wiederholt wird. 

Metalldrähte hingegen sind die günstigste Rohstoffform für den Metall-3D-Druck. Der Draht wird mit einem Plasmalichtbogen, Laser oder Elektronenstrahl geschmolzen. Direct Energy Deposition (DED) ist ein Beispiel für ein 3D-Druckverfahren, bei dem Metalldrähte zur Herstellung von Teilen verwendet werden. Es wird hauptsächlich für Reparaturen oder zum Hinzufügen von Funktionen zu vorhandenen Metallteilen verwendet.

Metallfäden sind lediglich dünne Kunststoffdrähte, die mit Metallpartikeln imprägniert sind. Diese Wahl des Rohmaterials ist sinnvoll, wenn FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling) verwendet werden. Beim FDM wird das erhitzte Filament durch eine Düse auf die Bauplattform extrudiert, um ein Teil zu erzeugen. Nach dem Drucken wird das Teil auf eine Entbinderungsstation gelegt, um den Kunststoff mithilfe eines Lösungsmittels wegzuschmelzen, und dann in einen Sinterofen geschickt, um die Metallpartikel zu einem festen Metallstück zu verschmelzen. 

So wählen Sie die besten Materialien für den Metall-3D-Druck aus 

Um die besten Metall-3D-Druckmaterialien für Ihr Projekt auszuwählen, befolgen Sie die folgenden Schritte:

1. Definieren Sie die Leistungsanforderungen des zu produzierenden Teils. Die Anforderungen können sowohl Umgebungsbedingungen, denen das Bauteil ausgesetzt ist, als auch mechanische Belastungen umfassen, die im Betriebszustand zu erwarten sind.
2. Vergleichen Sie die Leistungsanforderungen mit den Materialspezifikationen. Dies bedeutet, dass die Eigenschaften des Materials überprüft werden müssen, um sicherzustellen, dass es den Anforderungen des Endverbrauchs und den Betriebsbedingungen entspricht. Benötigen Sie beispielsweise ein Material mit guter mechanischer Festigkeit oder guter Korrosionsbeständigkeit?
3. Wählen Sie das Material, das der erwarteten Leistung und den Teileanforderungen am besten entspricht, damit es einen zuverlässigen Betrieb und eine gute Lebensdauer gewährleistet.

Zusammenfassung

In dem Artikel wurden die vier (4) besten Materialien für den 3D-Metalldruck von Teilen und Produkten vorgestellt. Um mehr über 3D-Druckmaterialien aus Metall zu erfahren und ob diese auf Ihr Projekt anwendbar sind, wenden Sie sich an einen Xometry-Vertreter.

Xometry bietet eine breite Palette an Fertigungsmöglichkeiten, einschließlich 3D-Druck und anderen Mehrwertdiensten für alle Ihre Prototyping- und Produktionsanforderungen. Besuchen Sie unsere Website, um mehr zu erfahren oder ein kostenloses und unverbindliches Angebot anzufordern.

Urheber- und Markenhinweise

1. Inconel® ist eine eingetragene Marke der Huntington Alloys-Abteilung der Special Metals Corp., Huntington, WV.

Haftungsausschluss

Der auf dieser Webseite erscheinende Inhalt dient ausschließlich Informationszwecken. Xometry gibt keinerlei Zusicherungen oder Gewährleistungen jeglicher Art, weder ausdrücklich noch stillschweigend, hinsichtlich der Richtigkeit, Vollständigkeit oder Gültigkeit der Informationen. Leistungsparameter, geometrische Toleranzen, spezifische Designmerkmale, Qualität und Arten von Materialien oder Prozessen sollten nicht als Darstellung dessen angesehen werden, was von Drittanbietern oder Herstellern über das Netzwerk von Xometry geliefert wird. Käufer, die Angebote für Teile einholen, sind dafür verantwortlich, die spezifischen Anforderungen für diese Teile zu definieren. Weitere Informationen finden Sie in unseren Allgemeinen Geschäftsbedingungen.

Dean McClements

Dean McClements hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau mit Auszeichnung und über zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Sein beruflicher Werdegang umfasst wichtige Positionen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für technische Prozesse und Innovationen entwickelte.

Lesen Sie weitere Artikel von Dean McClements