5 Verfahren im Metall-3D-Druck und ihre Materialien

Der Metall-3D-Druck, auch additive Fertigung genannt, hat Fertigung und Prototypenbau grundlegend verändert, da er die Herstellung komplexer, hochleistungsfähiger Metallteile ermöglicht. Anders als herkömmliche Verfahren, bei denen Material abgetragen wird, baut der Metall-3D-Druck Teile Schicht für Schicht auf und ermöglicht so ein höheres Maß an Präzision und Designfreiheit. Dank zahlreicher verschiedener Metall-3D-Druck-Verfahren können Unternehmen heute Metallteile und Komponenten fertigen, die auf Branchen von der Luft- und Raumfahrt bis zur Automobilindustrie zugeschnitten sind. In diesem Artikel stellen wir fünf gängige Verfahren im Metall-3D-Druck sowie die jeweils verwendeten Materialien vor.

1. Selektives Laserschmelzen (SLM)

Das selektive Laserschmelzen zählt zu den beliebtesten Verfahren im Metall-3D-Druck. Dabei wird Metallpulver mit einem Hochleistungslaser aufgeschmolzen, sodass das fertige Teil Schicht für Schicht entsteht. SLM liefert sehr detailreiche, hochfeste Teile mit beeindruckenden mechanischen Eigenschaften.

Materialien: Für SLM werden zahlreiche Metalle eingesetzt, darunter Titanlegierungen, Edelstahl, Aluminium und Inconel. Diese Metallpulver bieten ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit und sind daher ideal für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie.

SLM eignet sich besonders für den kundenspezifischen Metall-3D-Druck, da sich damit komplexe Geometrien fertigen lassen, die mit konventionellen Fertigungsverfahren zu schwierig oder gar unmöglich umzusetzen wären. Wenn Sie spezielle Teile benötigen, ist SLM daher eine attraktive Lösung, denn das Verfahren senkt die Werkzeugkosten und verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung.

2. Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

EBM (Electron Beam Melting) bzw. Elektronenstrahlschmelzen ist ein Pulverbettverfahren ähnlich wie SLM, bei dem das Metallpulver jedoch nicht mit einem Laser, sondern mit einem Elektronenstrahl aufgeschmolzen wird. Das Verfahren wird vor allem für die Fertigung von Teilen für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik und den Verteidigungssektor eingesetzt, da es dichte und hochbelastbare Teile ermöglicht.

Materialien: EBM wird typischerweise für Titanlegierungen wie Ti-6Al-4V eingesetzt, die wegen ihrer Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Biokompatibilität geschätzt werden. Damit ist das Verfahren besonders nützlich bei der kundenspezifischen Bearbeitung von Teilen, bei denen Titan wegen seiner besonderen Eigenschaften benötigt wird. Mit dem Elektronenstrahl gefertigte Teile weisen eine hohe Dichte auf und sind frei von Oxidation, da der energiereiche Elektronenstrahl im Vakuum arbeitet – das erhöht die Festigkeit. Ein weiterer Vorteil der Fertigung mit EBM sind geringere Eigenspannungen, was in der Schwerindustrie von größter Bedeutung ist.

3. Directed Energy Deposition (DED)

Y-Halterung aus Metall, 3D-gedruckt von Norck

Der Begriff Directed Energy Deposition (DED) bezeichnet ein Verfahren des Metall-3D-Drucks, bei dem Metallausgangsmaterial mithilfe einer fokussierten Energiequelle wie einem Laser oder Elektronenstrahl auf einem Substrat aufgeschmolzen wird. Dieses Verfahren gilt als äußerst flexibel, sodass Teile in hohem Maße individuell gefertigt, repariert oder modifiziert werden können.

Materialien: Mit DED lassen sich verschiedene Materialien verarbeiten, darunter Edelstähle, Titanlegierungen, Inconel und Kobalt-Chrom-Legierungen. Diese Materialien werden häufig wegen ihrer Korrosions- und Hitzebeständigkeit sowie ihrer mechanischen Eigenschaften gewählt.

Zudem wird DED häufig für die kundenspezifische Bearbeitung eingesetzt, da es bestehenden Komponenten für Reparaturen und/oder Konstruktionsänderungen Material hinzufügt und so eine vollständige Neufertigung überflüssig macht.

4. Binder Jetting

Binder Jetting ist ein Metall-3D-Druck-Verfahren, bei dem ein flüssiges Bindemittel selektiv auf Metallpulver aufgetragen wird, um ein Teil aufzubauen. Nachdem das gesamte Teil gedruckt ist, wird es in einem Ofen gesintert, sodass die Metallpartikel zu einer festen Struktur verschmelzen. Das Verfahren wird in der Regel für kleine bis mittlere Serien eingesetzt.

Materialien: Zu den gängigsten Materialien beim Binder Jetting zählen Edelstahl, Kupfer und Werkzeugstahl. Die Materialwahl richtet sich häufig nach dem Bedarf an weniger beanspruchten, aber dennoch festen und unter hohen Lasten langlebigen Komponenten.

Ein Vorteil des Binder Jettings im Rahmen von Dienstleistungen im Metall-3D-Druck ist beispielsweise die Möglichkeit, Teile mit komplexen Geometrien zu drucken. Dadurch bleibt Unternehmen der Aufwand erspart, Sonderteile für kleine Prototypenserien oder geringe Stückzahlen aufwendig fertigen zu lassen.

5. Metall-Extrusion (Fused Deposition Modeling für Metall)

Die Metall-Extrusion bzw. das Metall-Fused-Deposition-Modeling (FDM) entspricht dem herkömmlichen Kunststoff-FDM, mit dem Unterschied, dass anstelle thermoplastischer Filamente Metallfilamente verwendet werden. Diese Filamente bestehen aus einer Mischung aus Metallpulvern und Bindemitteln und werden Schicht für Schicht durch eine beheizte Düse extrudiert, bis das gewünschte Teil entsteht.

Materialien: Die Metall-Extrusion ist mit verschiedenen Materialien wie Edelstahl, Bronze und Aluminium möglich. Die Materialwahl ist oft ein Kompromiss zwischen den Anforderungen an das Teil (Festigkeit, Duktilität und Kosten). Der kundenspezifische Metall-3D-Druck für Kleinserien oder für Teile, die anschließend nachbearbeitet werden, ist mit diesem Verfahren weit verbreitet. Die Metall-Extrusion eignet sich auch für die Fertigung in großem Maßstab und ist damit eine flexible Option für Unternehmen, die Metall-3D-Druck-Dienstleistungen anbieten.

Fazit

SLM, EBM, DED, Binder Jetting und Metall-Extrusion verarbeiten Metalle für 3D-Anwendungen, und jedes Verfahren bietet je nach Materialeigenschaften, Komplexität der Teile und Endanwendung eigene Vorteile. Wenn Sie kundenspezifische Zerspanungsteile für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie oder der Medizintechnik fertigen möchten, bietet der Metall-3D-Druck heute die Flexibilität und hohe Präzision, die von moderner Fertigung erwartet werden. Kontaktieren Sie uns, um das passende 3D-Druckverfahren und Material für die Fertigung von Hochleistungsteilen für Ihre spezifische Anwendung zu finden.