Fakten zum Laserdruck von Metall

Ist die Fertigung von Präzisionsteilen für den 3D-Druck bereit?

Das Thema des additiven 3D-Laserdrucks von Metall ist häufig in den Nachrichten und Sie fragen sich vielleicht:Wann wird die Metal Cutting Corporation über Laserdruck sprechen? Schließlich sprechen wir oft über verschiedene andere Methoden zur Herstellung von Metallteilen.

Bei Metal Cutting stellen wir sehr kleine Teile her, in unserem Beispiel hier oft mit Abmessungen von 1 mm (0,039″) mal 2 mm (0,079″), und wir fertigen a VIELE von ihnen. Diese Teile haben normalerweise nicht viele komplexe Merkmale oder innere Hohlräume. Sie können ein Rohr sein oder sie könnten fest sein.

Unsere Frage an die Experten für 3D-Laserdruck lautet also:kann Sie verwenden den 3D-Laserdruck von Metall für so große Mengen von so kleinen Teilen?

Grundlegende Methoden des 3D-Laserdrucks von Metall

Werfen wir zunächst einen kurzen Blick auf die drei Hauptmethoden für den additiven 3D-Laserdruck von Metall.

Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)

Diese beliebteste Methode schmilzt im Grunde ein 2D-Design auf ein abgeflachtes Pulverbett, verschmilzt das Pulver und fügt dann Schicht für Schicht hinzu, um das Objekt aufzubauen.DMLS ermöglicht jedoch bisher unmögliche Designs , ist der Prozess sehr langsam und erzeugt eine Metallurgie, die sich der traditionellen Herstellung annähert, aber nicht in jedem Fall gleichkommt. DMLS ist auch als selektives Lasersintern (SLS) oder selektives Laserschmelzen (SLM) bekannt.

Directed Energy Deposition (DED)

Bei diesem Pulverzufuhrverfahren wird ein hochkonzentrierter Metallpulverstrom langsam durch einen Extruder freigesetzt und beim Auftreffen auf einen Laser geschmolzen, wodurch Schichten an der Oberfläche gebildet werden Das Teil. DED ist hochpräzise für den 3D-Laserdruck von Metall und wird auch zur Reparatur defekter Teile verwendet. Diese Methode ist als Laser-Metallabscheidung bekannt ( LMD).

Metallbindemittelspritzen

Bei diesem Verfahren wird ein flüssiges Bindeharz auf ein pulverförmiges Metallmaterial aufgetragen, die Schichten quasi miteinander „verklebt“ und anschließend in einem Hochtemperaturofen gesintert. Dieser Prozess ist schneller und kostengünstiger als die beiden anderen Methoden; Die Ergebnisse sind jedoch nicht annähernd so stark oder dicht wie die Ergebnisse, die Sie mit DMLS oder DED erhalten.

Einige Anwendungen für den Laserdruck von Metall

Der Laserdruck von Metall ist für eine Reihe von Anwendungen populär geworden, darunter alles vom Prototyping über funktionale Bauteile in verschiedenen Branchen bis hin zur kundenspezifischen Massenproduktion von Alltagsgegenständen wie z Schmuck und Geschirr.

Der Laserdruck von Metall ist sehr beliebt bei zahnärztlichen und orthopädischen Implantatanwendungen. Er ermöglicht es, diese Produkte an die individuellen Bedürfnisse des Patienten anzupassen. (Weitere Informationen finden Sie in unserem Blog Polieren von Metallteilen für 3D Gedruckte medizinische Geräte.) Der Laserdruck von Metall ist auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie weit verbreitet. Beispielsweise verfügt das LEAP-Triebwerk der nächsten Generation über 3D-gedruckte Treibstoffdüsen.

Einige häufige Fehler

Beim 3D-Laserdruck von Metall gehen viele von falschen Annahmen aus:Es klingt albern, ist aber wichtig zu beachten, dass ein Produkt, nur weil es mithilfe von 3D-CAD-Modellen entworfen wurde, es noch lange nicht „3D-druckfertig“ macht; 3D-Laserdruckverfahren erfordern eine einzigartige Nachbearbeitung.

Wie bei jedem Herstellungsverfahren müssen auch die Eigenschaften des spezifischen Materials, das verwendet werden soll, berücksichtigt werden. Zum Beispiel ist eine Annahme, dass der Laserdruck von Metall ein Ersatz für den Metallguss ist. Im Gegenteil, Laser eignet sich hervorragend für einzigartige, komplexe Teile, die nicht können Die Eigenschaften eines 3D-Laser-gedruckten Metallobjekts unterscheiden sich von den Eigenschaften des „gleichen“ Objekts, wenn es in Metall gegossen wird.

Außerdem wäre das Laserdrucken von Metallteilen, die für einen Prozess wie das CNC-Fräsen ausgelegt sind, sehr teuer. Das liegt daran, dass subtraktiv hergestellte Teile mehr Masse und Volumen haben und ihre Designs nicht für die inhärenten Vorteile der 3D-Fertigung optimiert sind – im Wesentlichen Hohlräume und leichte, hochfeste Strukturen.

Vorteile des Laserdrucks auf Metall

Aus der Sicht eines Ingenieurs sind die wahrscheinlich wichtigsten Vorteile des 3D-Laserdrucks von Metall:

• Die Fähigkeit, vollständig geschlossene Hohlräume und andere Merkmale zu erzeugen, die nicht subtraktiv bearbeitet werden können
• Strukturen, die eine außergewöhnliche Bauteilfestigkeit und ein Leichtbaudesign erzeugen, das zuvor nicht zu erreichen war

Für eine Branche wie die Luftfahrt, in der ein geringeres Gewicht eines Flugzeugs einen geringeren Kraftstoffverbrauch bedeutet, ist Leichtbau ein wichtiges Ziel.

Aus Anwendungssicht wäre der bedeutendste Vorteil des Laserdrucks von Metall die „Mass Customization“, die der additive 3D-Laserdruck in Industrien eingeführt hat, die von Ersatzteilen für die Luftfahrt über Kronen und Brücken in der Zahnheilkunde bis hin zu orthopädischen und prothetischen Innovationen reichen, und natürlich, das gesamte Prototyping-Geschäft. Einige dieser einzigartigen Formen konnten niemals subtraktiv hergestellt werden. Sogar für diejenigen, die könnten zu niedrigeren Stückkosten bearbeitet oder gegossen werden, keine der beiden Methoden könnte an die nahezu sofortigen Lieferzeiten heranreichen, die der 3D-Laserdruck von Metall ermöglicht hat.

Der Laserdruck von Metall kann auch die Menge an Abfallmaterial im Produktionsprozess reduzieren.Während traditionelle subtraktive Schneideverfahren das Entfernen von Material beinhalten, um eine Form zu erzeugen, erzielt der 3D-Laserdruck von Metall eine Form durch Hinzufügen von nur dem benötigten Material.

Solange das Metallpulver verfügbar ist, ist der 3D-Laserdruck in Bezug auf die verwendbaren Metalle flexibel:Dazu gehören Titan, Edelstahl, Inconel und Kobalt-Chrom , sowie Messing, Kupfer, Bronze und Edelmetalle wie Gold, Silber und Platin. Obwohl die Herausforderungen des 3D-Laserdrucks in einer inerten Atmosphäre überwunden wurden, ist es nach wie vor unmöglich, bestimmte Metalle richtig zu glühen. Während Wolfram beispielsweise über 3D-Druck „konstruiert“ werden kann, ist der resultierende Block aus Wolframmetall zu spröde, um verwendet zu werden.

Nachteile des Laserdrucks für Metallteile

Der additive 3D-Laserdruck ist sicherlich dafür bekannt, das Unmögliche möglich zu machen, aber wie sieht es mit der Präzision aus? Ist der 3D-Druck eine gute Methode zur Herstellung kleiner Präzisionsmetallteile?

Schauen wir uns DMLS an, die ausgereifteste und am weitesten entwickelte Methode, bei der die wichtigen Variablen, die die Maßgenauigkeit bestimmen, folgende sind:

• Die Größe der Pulverpartikel
• Die Höhenintervalle der Aufzugsstufen
• Die Größe des Laserstrahls

Jeder dieser Faktoren bestimmt Maßtoleranzen. Eine große Metallpulverpartikelgröße sorgt für größere Schritte. Die Höhe jeder Pulverschicht bestimmt ebenfalls die erreichbaren Toleranzen.
Und die wahrscheinlich wichtigste Variable stellt die Größe des Lasers dar. Hier sorgt ein winziger Strahl für mehr Präzision und ein größerer Der Strahl erzeugt ungenauere Abmessungen. Das Problem ist, dass ein kleinerer Laserstrahl weniger Wärme erzeugt – und das bedeutet, dass er länger braucht, um seine Arbeit zu erledigen. Sie können also ein Teil haben, das sehr gut ist präzise und/oder sehr klein, aber die Herstellung dauert viel länger, was wiederum die Kosten erhöht.

Es gibt noch andere Möglichkeiten, wie der Laserdruck von Metall zeitaufwändig ist.Schauen Sie sich wieder das sehr beliebte DMLS an, bei dem jedes Teil einen winzigen Befestigungspunkt hat, wie der winzige Faden, an dem ein Wespennest hängt B. eine Veranda. Wenn Sie 10.000 lasergedruckte Teile haben, bedeutet dies, dass Sie 10.000 Befestigungspunkte haben, die getrennt werden müssen. Diese Aufgabe des Trennens von der Basis wird normalerweise mit EDM durchgeführt; Aber welche Methode auch immer verwendet wird, wenn man sie 10.000 Mal macht, werden die meisten, wenn nicht alle additiven Vorteile zunichte gemacht.

Die Realität ist, dass eine echte Massenproduktion mit dem 3D-Laserdruck von Metall immer noch nicht möglich ist, was es unpraktisch und kostspielig macht, Zehntausende von sehr kleinen zu produzieren Hinzu kommen die hohen Anschaffungskosten des 3D-Druckers:mindestens 100.000 US-Dollar für einige der neuesten Tischplatten, die darauf abzielen, die bisherigen Disruptoren zu revolutionieren, bis zu über 1 Million US-Dollar für die Drucker mit kontrollierter Atmosphäre, die mit Metallen wie Titan verwendet werden, oder die riesigen Gehäuse, die für Maschinen zur Herstellung von Luftfahrtteilen erforderlich sind. Diese hohen Kosten bedeuten, dass für jede Anwendung, für die ein Laserdrucker vorgeschlagen wird, etwas wirklich Einzigartiges „hinzugefügt“ werden muss, um den Wert traditioneller Metallbearbeitungsmethoden „abzuziehen“.

Was bringt die Zukunft?

Wir möchten nicht, dass Sie denken, wir seien stur oder resistent gegen Veränderungen, sondern möchten unserem Freund Scott Cohen und seinem Partner David ein Lob aussprechen Bell, bei New Lab. Sie kennen die Zukunft so gut wie jeder andere, und wir zweifeln nicht daran, dass jemand bei New Labs eines Tages einige der Probleme lösen wird, die wir jetzt sehen.

Während die Entwicklung von 3D-Laserdruckern in Desktop-Größe – statt riesiger Maschinen in Industriegröße – die Technologie zugänglicher machen wird, sehen wir den Laserdruck von Metall immer noch nicht als geeignet an für hohe Stückzahlen kleiner Präzisionsteile, da kleine Maschinen nicht für kleine Teile geeignet sind. Aber natürlich könnten wir uns eines Tages als falsch erweisen!

Für einige hilfreiche Tipps zur Auswahl der besten Präzisions-Metallschneidemethode für Ihr Metallfertigungsprojekt laden Sie unser Whitepaper „Choose with Confidence:Comparing 2-Axis Precision Cutting Methods“ herunter.