5 Arten von Metall-3D-Druck Verfahren und ihre Materialien

Der 3D-Metalldruck oder die additive Fertigung hat die Fertigungs- und Prototyping-Branche verändert, da er die Herstellung komplexer, leistungsstarker Metallteile ermöglicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen Material weggeschnitten wird, werden beim Metall-3D-Druck Teile Schicht für Schicht aufgebaut, was ein höheres Maß an Präzision und Designfreiheit ermöglicht. Mit vielen verschiedenen Metall-3D-Druck Verfahren können Unternehmen nun Metallteile und -komponenten herstellen, die für Branchen von der Luft- und Raumfahrt bis zur Automobilindustrie maßgeschneidert sind. In diesem Artikel werden fünf gängige Arten von Metall-3D-Druckverfahren zusammen mit den in jedem Verfahren verwendeten Materialien erörtert.

1. Selektives Laserschmelzen (SLM)

Eines der beliebtesten Verfahren in der Kategorie Metall-3D-Druck ist das selektive Laserschmelzen. Dabei wird Metallpulver mit einem Laser mit hoher Leistung geschmolzen, um das endgültige Teil Schicht für Schicht herzustellen. SLM bietet hochdetaillierte Teile, die sehr stabil sind und eine beeindruckende mechanische Leistung aufweisen.

Werkstoffe: Viele Metalle wie Titanlegierungen, rostfreier Stahl, Aluminium und Inconel werden in der Regel beim SLM verwendet. Diese Metallpulver haben ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und sind hochtemperaturbeständig; daher sind diese Metalle ideal für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie.

SLM eignet sich am besten für den kundenspezifischen 3D-Druck von Metallen, da es die Herstellung komplexer Geometrien ermöglicht, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur schwer oder gar nicht zu realisieren wären. Wenn Sie also spezielle Teile benötigen, ist SLM eine attraktive Lösung, da es die Werkzeugkosten minimiert und die Zeitspanne für die Markteinführung verkürzt.

2. Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

EBM oder Electron Beam Melting ist ein dem SLM ähnliches Pulverbettschmelzverfahren, bei dem anstelle eines Lasers ein Elektronenstrahl zum Schmelzen von Metallpulver verwendet wird. Dieses Verfahren wird vor allem in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin und im Verteidigungssektor eingesetzt, da es die Herstellung von dichten und leistungsstarken Teilen ermöglicht.

Werkstoffe: EBM wird in der Regel für Titanlegierungen wie Ti-6Al-4V verwendet, die wegen ihrer Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Biokompatibilität bevorzugt werden. Dies bedeutet, dass es besonders nützlich sein kann, wenn kundenspezifische Teile bearbeitet werden, bei denen Titan aufgrund seiner besonderen Eigenschaften benötigt wird. Teile, die mit Elektronenstrahlen hergestellt werden, weisen eine hohe Dichte auf und sind frei von Oxidation, was die Festigkeit erhöht, da der hochenergetische Elektronenstrahl im Vakuum arbeitet. Ein weiterer Vorteil der EBM-Fertigung ist die geringere Eigenspannung, die in der Schwerindustrie von größter Bedeutung ist.

3. Direkte Energieabscheidung (DED)

Der Begriff Direct Energy Deposition (DED) bezieht sich im Wesentlichen auf eine Form des 3D-Drucks von Metallen, bei der das Umschmelzen von Metall auf ein Substrat mit einer fokussierten Energiequelle wie einem Laser oder Elektronenstrahl erfolgt. Ein solches Verfahren gilt als äußerst flexibel, so dass Teile in hohem Maße angepasst, repariert oder verändert werden können.

Werkstoffe: Im DED-Verfahren können verschiedene Werkstoffe verarbeitet werden, darunter rostfreie Stähle, Titanlegierungen, Inconel und Kobalt-Chrom-Legierungen. Diese Werkstoffe werden in der Regel aufgrund ihrer Korrosions- und Hitzebeständigkeit sowie ihrer mechanischen Eigenschaften ausgewählt.

Darüber hinaus wird das DED-Verfahren häufig für die Bearbeitung nach Kundenwunsch eingesetzt, da bei Reparaturen und/oder Konstruktionsänderungen Material zu bestehenden Bauteilen hinzugefügt wird, ohne dass eine vollständige Neuanfertigung erforderlich ist.

4. Binder Jetting

Binder Jetting ist definiert als ein 3D-Metalldruck Verfahren, bei dem ein flüssiges Bindemittel selektiv auf ein Metallpulver aufgebracht wird, um ein Teil zu erstellen. Nachdem das gesamte Teil gedruckt ist, wird es zum Sintern in einen Ofen gegeben, damit die Metallpartikel zu einer festen Struktur verschmelzen. Dieses Verfahren wird im Allgemeinen für kleine bis mittlere Produktionsserien verwendet.

Werkstoffe: Zu den gebräuchlichsten Werkstoffen für das Binder-Jetting gehören Edelstahl, Kupfer und Werkzeugstahl. Die Wahl des Werkstoffs wird häufig durch den Bedarf an weniger belasteten, aber dennoch stabilen und haltbaren Komponenten für hohe Belastungen bestimmt.

Einer der Vorteile des Binder Jetting ist zum Beispiel, dass es für 3D-Druck von Metallteilen ist die Möglichkeit, Teile mit komplexen Geometrien zu drucken. Solche Eigenschaften sorgen dafür, dass die Industrie nicht mehr umständlich maßgeschneiderte Teile für kleine Prototypenserien oder geringe Produktionsmengen herstellen lassen muss.

5. Metallextrusion (Fused Deposition Modeling für Metall)

Metallextrusion oder Metal Fused Deposition Modeling (FDM) ist dasselbe wie das normale FDM aus Kunststoff, nur dass anstelle der thermoplastischen Filamente Metallfilamente verwendet werden. Diese Filamente sind eine Mischung aus Metallpulvern und Bindemitteln und werden Schicht für Schicht durch eine beheizte Düse extrudiert, um das gewünschte Teil zu erzeugen.

Werkstoffe: Beim Metallstrangpressen können verschiedene Materialien wie Edelstahl, Bronze und Aluminium verarbeitet werden. Die Materialien sind oft ein Kompromiss zwischen den Anforderungen an das Teil (Festigkeit, Verformbarkeit und Kosten). Kundenspezifischer 3D-Metalldruck für die Kleinserienproduktion oder für Teile, die in der Nachbearbeitung verwendet werden, ist bei diesem Verfahren üblich. Das Verfahren der Metallextrusion bietet auch die Möglichkeit der Großserienproduktion, was es zu einer flexiblen Wahl für Unternehmen macht, die 3D-Druckdienstleistungen aus Metall anbieten.

Fazit

SLM, EBM, DED, Binder Jetting und Metallextrusion verarbeiten ihre Metalle für 3D-Anwendungen und haben jeweils ihre eigenen Vorteile, wenn man die Materialeigenschaften, die Komplexität der Teile und die Endanwendungen betrachtet. Wenn Sie Folgendes herstellen möchten individuell bearbeitete Teile für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau oder in der Medizin herstellen möchten, hat sich gezeigt, dass mit dem 3D-Druck von Metallen die Flexibilität und die hohe Präzision erreicht werden können, die von der modernen Fertigung erwartet wird. Wenden Sie sich an uns, um das geeignete 3D-Druckverfahren und Material für die Herstellung von Hochleistungsteilen für ihre spezifischen Anwendungen zu finden.

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