Alles über den 3D-Metalldruck

In den letzten Jahren hat der 3D-Metalldruck mit vielen technologischen Entwicklungen ein sehr schnelles Wachstum erfahren, das durch die Ankunft ehrgeiziger Hersteller gekennzeichnet ist, die innovative und zunehmend erschwingliche Herstellungsprozesse vorschlagen, aber auch ein Portfolio von Materialien, das jeden Tag ein bisschen breiter wird.

Der 3D-Metalldruck ist in vielen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil und Medizin beliebt, da er es ermöglicht, komplexe Metallteile zu einem relativ niedrigen Preis im Vergleich zu traditionellen Fertigungstechniken der Metallverarbeitung wie dem Zerspanen, Fräsen oder dem Vakuumgießen.

Dank den verschiedenen 3D-Metalldruckern, die heute auf dem Markt sind, gibt es zahlreiche Möglichkeiten: Profis haben die Wahl sich zwischen Pulverbeschichtung, Metallabscheidung und Hybridsystemen zu entscheiden! Entdecken Sie in unserem Leitfaden, alles über 3D-Metalldruck, Materialien, Protagonisten, Anwendungen und vieles mehr.

Die Technologien des 3D-Metalldrucks  

Das bereits in den 1970er Jahren vorgestellte pulverbettbasierte Schmelzverfahren unterliegt einem relativ einfachen Prinzip: einer Energiequelle, die ein Metallpulver sintert oder schmilzt, um Schicht für Schicht das endgültige Stück zu erzeugen. Die bekannteste Technologie, die auf diesem Prinzip basiert, ist zweifellos das Direct Metal Laser Sintering (DMLS), das in den 1990er Jahren von ERD und EOS patentiert wurde.

Die Metallabscheidung mit konzentrierter Energie könnte ähnlich der Abscheidung von geschmolzenem Material sein, jedoch unter Verwendung von Metall. Insbesondere unterscheiden wir die vom Irepa Laser entwickelte Methode mit der Direct Additive Laser Construction (CLAD). Das Pulver wird von der Düse projiziert und an seinem Ausgang über einen Laserstrahl zu einer Art Schweißraupe verschmolzen. Mit dieser Methode kann im Gegensatz zum pulverbettbasiertem Schmelzen direkt auf ein Teil gedruckt werden.

In den 90er Jahren entwickelte CIRTES eine neue Hybrid-Methode, die sog. Stratoconception, die die additive Bearbeitung und additive Fertigung kombiniert. Kaltspritzen ist ein anderer Prozess, der auch als Kaltschnittverfahren bekannt ist. Ziel ist es dabei, die Metallpulver zu verbinden, indem sie kalt auf einen Träger projiziert werden. Die Projektion wird mit Helium sichergestellt.

Es ist ein 3D-Metalldruckverfahren, das heute verglichen mit anderen recht wenig verwendet wird, da das fragliche Gas relativ teuer ist. Einige Hersteller haben ihre eigenen patentierten Technologien entwickelt, die sich von den bereits erwähnten großen Anbietern abheben. Wir denken an das von Vader Systems entwickelte magnetische Metallhandling durch Magnetismus oder an die von dem französischen Pollen AM inspirierte Technologie des Metallspritzgusses.

Kompatible Metalle für die additive Fertigung  

Unter den in der additiven Fertigung am häufigsten verwendeten Metallen befinden sich Aluminium, meist in Form einer Legierung, die sowohl Leichtigkeit als auch Festigkeit bietet. Es wird hauptsächlich für Teile verwendet, bei denen das Gewicht wichtig ist, wie beispielsweise in der Luftfahrt und im Automobilsektor. Stahl ist auch ein beliebtes Material, insbesondere in der Industrie. Es bietet gute mechanische Eigenschaften und eine schöne Oberfläche. Es ist das am häufigsten verwendete Material in der additiven Metallherstellung. Darüber hinaus gibt es Materialien wie Gallium, Kobalt-Chrom, die besonders für medizinische Anwendungen geeignet sind und Titan, welches sehr widerstandsfähig bei Korrosionen ist und eine hohe Biokompatibilität für medizinische Anwendungen aufweist. Edelmetalle werden hauptsächlich in Schmuck verwendet. Obwohl die Kosten hierbei hoch sind, ist es ebenfalls möglich mit Gold, Silber und Bronze zu drucken, um alle Arten von Schmuck mehr oder weniger komplex zu gestalten. Die größte Herausforderung liegt dann in der Fertigstellung der Form.

Die Akteure der additiven Metallfertigung

Unternehmen, die sich dem 3D-Metalldruck zuwenden, werden zahlreicher. Pioniere können jedoch anhand der Technologie unterschieden werden. Zu den führenden Herstellern von 3D-Metalldruckern zählen das amerikanische Unternehmen 3DSystems, das nun (durch die Übernahme von French Phenix Systems im Jahr 2013)eine komplette Maschinenpalette anbietet; SLM Solutions, einer der Pioniere der laserselektiven Fertigung durch die Fusion mit den Unternehmen EOS und Concept Laser; und schließlich Arcam, das in den 2000er Jahren hinter der Elektronenstrahl-Fusionstechnologie steht.

Immer mehr Hersteller drängen auf den Markt für die additive Metallfertigung, indem sie 3D-Technologien und 3D-Drucker zu relativ niedrigen Kosten anbieten, verglichen mit den heutigen industriellen Lösungen. Dies ist auch der Fall bei Desktop Metal mit Studio System- und Production System-Druckern, die die Kosten des 3D-Metalldrucks um ein 10-faches reduzieren wollen. Markforged hat sich mit Metal X auch in dieser Nische platziert und kann Stücke von 250 x 220 x 200 mm herstellen.

Wenn wir den amerikanischen Kontinent verlassen, finden wir den israelischen Hersteller XJet und den Ursprung der NanoParticle Jetting-Technologie, die sehr feine Metalltröpfchen abgeben kann.

Anwendungen des 3D-Metalldrucks

Der 3D-Metalldruck wird heute hauptsächlich in der Industrie eingesetzt, um Werkzeugkomponenten oder Fertigteile herzustellen, sei es in der Luft- und Raumfahrt, wo er Flugzeugbauteile oder Raketentriebwerke herstellen kann oder in der Automobilbranche, wo es Formen für die Masseninjektion von Tausenden von Komponenten produzieren kann. Aber auch in der Medizin, wo es darum geht, Implantate speziell im Dentalbereich zu vermessen. Die Metalladditivherstellung kann sogar im Marinebereich zur Konstruktion von Bootspropellern eingesetzt werden. Die Anwendungsbereiche sind breit gefächert und der 3D-Metalldruck wird in der Zukunft mit Sicherheit noch weiter Bereiche und Anwendungen erschließen.