Leistungsbewertung von Metallbauteilen aus dem FDM-3D-Druck

3D-Druck schien aus dem Blickfeld geraten. Aufgrund von Materiallimitierungen und Unfähigkeit zur Massenfertigung identischer Produkte galt 3D-Druck als eher für kundenspezifische Einzelteile geeignet.

Doch durch kontinuierliche Aktualisierung der 3D-Drucktechnologie ergeben sich mehr Möglichkeiten im industriellen Teilefertigungsbereich – wie FDM-3D-Druck. Die stetige Verbesserung ermöglicht nun die Chargenfertigung von Metallprodukten über FDM.

Was ist FDM-3D-Druck?

FDM-Metallformtechnik basiert auf Metal Injection Molding (MIM) Technologie. MIM ist eine neuartige Komponentenfertigungstechnologie, entstanden durch Einführung von Kunststoffspritzguss in die Pulvermetallurgie.

Grundprozessschritte MIM: Auswahl von Metallpulver und Binder für MIM-Komposit → Mischen zu homogenem Feedstock bei spezifischer Temperatur → Granulieren nach Spritzgießen → Entbindern (Entfetten) → Sintern und Densifizieren → Endprodukt.

Fused Deposition Modeling Metall-3D-Druck kombiniert MIM-Prozess und ähnelt FDM. Im Gegensatz zu FDM-Kunststoff: Material = Draht. Im Gegensatz zu gängigem SLM: keine Laser im Formprozess, keine Pulver.

Wie wandelt FDM-3D-Druck Metallpulver in Produkte um?

FDM-3D-Druck funktioniert ähnlich wie MIM, wie oben beschrieben.

1. Drahtherstellung (Brushed): Metallpulver (z. B. Edelstahl) gründlich mit Bindemittel mischen → Draht durch Ziehen gewinnen.
2. Drucken und Formen: FDM-Gerät mit Hochtemperaturdüse (>300 °C) schmilzt Draht, extrudiert ihn schichtweise → vorläufiges Metallteil. Düse benötigt hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit (Metallgemisch verschleißt Düse stark); Messingdüse: pro Rolle neue Düse nötig.
3. Entbindern (Degreasing): Metallteil erhitzen, entbindern, Großteil Bindemittel verdampft (Teil schrumpft).
4. Sintern: Hochtemperatursintern entfernt restliches Bindematerial, Teil schrumpft weiter. Größe sinternter Metallteile schrumpft um 15–17 % gegenüber gedrucktem Teil (Bindemittel verdampft, Pulverlücken verringern, Teil verdichtet), Masse reduziert sich um 20 %.

Welche neuen Vorteile bietet FDM-3D-Druck 2022 in der Fertigung?

Industrielle FDM-Geräte verfügen jetzt über temperierte Bauraum und Hochtemperaturdüse – Bauraumtemperatur bis 300 °C.

FDM-3D-Drucker verarbeiten Hochleistungsmaterialien: PEEK, PEKK, ULTEM, PEI etc. – erfüllen Endanforderungen an Hitzebeständigkeit, Korrosionsschutz, Schlagzähigkeit sowie industrielle Ansprüche (Großformat, hohe Effizienz).

Kombination von FDM mit MIM-Prozess (wie Desktop Metal Lösung): direkter Druck von Metallspritzgussmaterial, dann Entbindern, Sintern → Metallteile.

Ob Guss oder Metal Injection Molding – Kombination traditioneller Technologie, Materialien und FDM ermöglicht Metallteilefertigung via FDM – Vorteile: flexiblere Hardware, niedrigere Kosten.

Daher ist 3D-Druck nicht mehr unfähig, hochintensive industrielle Fertigungsaufgaben wie in den Vorjahren zu bewältigen, sondern kann Teile- und Produktfertigung vollständig realisieren.