3D-Drucker erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. In unserer Serie zum 3D-Druck haben wir Sie in den vergangenen Wochen informiert zu
Heute wollen wir uns dem Thema Metall (engl. metal) im 3D-Druck zuwenden. Denn der 3D Druck mit Metall hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht und eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten in verschiedenen Bereichen. In diesem Blogbeitrag erklären wir Ihnen das Wichtigste, was Sie zum 3D-Druck mit Metall wissen müssen. Und wir haben wie immer am Ende des Beitrags eine kleine Überraschung für Sie.
Was ist 3D-Druck von Metall?
Der 3D-Druck von Metall, auch bekannt als additive Fertigung, ist ein Verfahren, bei dem Metallpulver schichtweise aufgetragen und mittels Laser oder Elektronenstrahl verschmolzen wird (Laserschmelzen). So erzeugen Sie dreidimensionale Objekte. Anders als beim traditionellen Kunststoff-3D-Druck, der hauptsächlich für Prototypen und einfache Bauteile verwendet wird, stellen Sie mit 3D Metalldruck hochfeste, langlebige Komponenten für anspruchsvolle Anwendungen her. Auch in Form, Festigkeit und Gewicht unterscheiden sich die Ergebnisse deutlich.
Anwendungsbereiche
Der 3D Metalldruck wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt:
- Industrie: In der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie werden komplexe, leichte Bauteile durch den 3D-Druck hergestellt, die traditionell nicht gefertigt werden können.
- Medizin: Metall-3D-Druck ermöglicht die Herstellung maßgeschneiderter Implantate und Prothesen, die perfekt auf den Patienten abgestimmt sind und sich ihm anpassen. Zahnimplantate und Hüftprothesen sind hier prominente Beispiele.
- Schmuck und Design: Designer nutzen die Technologie zum Teil, um filigrane und komplexe Schmuckstücke zu kreieren, die mit herkömmlichen Methoden schwer realisierbar wären.
- Forschung und Entwicklung: In Labors und Forschungseinrichtungen wird der Metall-3D-Druck zur Entwicklung neuer Materialien und Technologien eingesetzt.
Technologien und Verfahren
Es gibt verschiedene Technologien im Metall-3D-Druck, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen:
- Direct Metal Laser Sintering (DMLS): Bei Direct Metal Laser Sintering wird Metallpulver mit einem Laser schichtweise verschmolzen. Diese Methode eignet sich gut für komplexe Geometrien und hat eine hohe Materialvielfalt.
- Selective Laser Melting (SLM): Ähnlich wie Direct Metal Laser Sintering, jedoch wird hier das Pulver vollständig geschmolzen, was zu dichteren und stärkeren Teilen führt. Häufig wird SLM in der Luft- und Raumfahrt und Medizintechnik verwendet.
- Electron Beam Melting (EBM): Nutzt einen Elektronenstrahl statt eines Lasers. EBM ist schneller und eignet sich für große Teile, erfordert jedoch eine Vakuumumgebung.
- Binder Jetting: Metallpulver wird mit einem Bindemittel verklebt und anschließend gesintert. Gesintert (kommt vom Wort Sinter) bedeutet, dass das feinkörnige Metallpulver unter hoher Temperatur, aber unterhalb des Schmelzpunktes, erhitzt wird, um die Partikel miteinander zu verbinden und ein festes, dichtes Objekt zu bilden. Diese Methode ist schneller und kostengünstiger, jedoch benötigen die Teile oft eine Nachbearbeitung.
Materialien im Metall-3D-Druck
Hier ein Überblick über die am häufigsten genutzten Metalle und Legierungen im 3D-Druck:
- Aluminium: Aluminium ist ein leichtes und korrosionsbeständiges Material, ideal für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie.
- Titan: Titan ist ein Material mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht. Und es ist biokompatibel, daher weit verbreitet in der Medizin und Luft- und Raumfahrt.
- Edelstahl: Robust, korrosionsbeständig und vielseitig einsetzbar in vielen Industrien.
- Nickellegierungen: Hervorragende Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Korrosion, häufig in der Energie- und Chemieindustrie verwendet.
Der Prozess beim Metall-3D-Druck
Der Prozess umfasst in der Regel die im folgenden beschriebenen Schritte:
- Vorbereitung der Druckdatei: Das zu druckende Objekt wird mit CAD-Software entworfen und in ein druckbares Format (zum Beispiel STL) umgewandelt.
- Auswahl und Vorbereitung des Materials: Das Metallpulver wird ausgewählt und für den Druckprozess vorbereitet.
- Druckprozess und Überwachung: Das Metallpulver wird Schicht für Schicht aufgetragen und mittels Laser oder Elektronenstrahl verschmolzen.
- Nachbearbeitung: Nach dem Druck werden die Teile oft wärmebehandelt, um Spannungen abzubauen, und mechanisch bearbeitet, um die gewünschten Oberflächenqualitäten zu erreichen.
Vorteile und Herausforderungen des Metall-3D-Drucks
Der Metall-3D-Druck bietet zahlreiche Vorteile:
- Designfreiheit: Sie realisieren komplexe Geometrien.
- Materialeinsparung: Sie reduzieren Abfall, da Sie durch den schichtweisen Aufbau nur das notwendige Material verwenden.
- Schnelle Prototypenerstellung: Sie verkürzen Entwicklungszeiten für neue Produkte.
Jedoch gibt es auch Herausforderungen:
- Hohe Kosten: Die Anschaffung und der Betrieb von Metall-3D-Druckern sind teuer. Die Technologie für Metall-3D-Druck, speziell das Sintern, ist in gewisser Weise etwas komplexer und vor allem für Einsteiger nicht ganz so leicht umzusetzen.
- Technische Einschränkungen: Nicht alle Geometrien und Materialien sind geeignet, und die Druckgeschwindigkeit ist zum Teil oft langsamer als bei traditionellen Methoden und anderem Material (Pulver, Filament).
- Nachbearbeitung: Das gedruckte Metallteil erfordert oft eine aufwändige Nachbearbeitung, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften und Oberflächenqualitäten zu erreichen.
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