Einführung in den 3D-Druck von Metall: Wie funktioniert's?

3D-Druck von Metall
3D-Druck von Metall
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Angesichts der ständig wachsenden Beliebtheit der 3D-Drucktechnologie ist es keine Überraschung, dass es auch ein 3D-Druckverfahren für Metall gibt. Der 3D-Metalldruck bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren, darunter geringerer Materialverlust, kürzere Vorlaufzeiten und die Möglichkeit, hochkomplexe Teile herzustellen. Aber wie funktioniert das Verfahren?

Wir werden zunächst definieren, was 3D-Druck ist, damit Sie die Technologie besser verstehen können, und dann in die Welt des 3D-Metalldrucks eintauchen.

Was ist die Bedeutung des 3D-Drucks?

Unter 3D-Druck versteht man ein Verfahren, bei dem computergenerierte Entwürfe werden in physische Objekte umgewandelt, indem eine Materialschicht nach der anderen aufgetragen wird. Die 3D-Drucktechnologie hat in letzter Zeit durch die Einführung erschwinglicher 3D-Drucker weite Verbreitung gefunden.

Der 3D-Druck funktioniert anhand einer digitalen Datei. Diese Datei enthält alle notwendigen Informationen, die der 3D-Drucker benötigt, um das gewünschte Objekt herzustellen.

Die Datei wird in einen Computer eingegeben, der dann die Düse oder den Kopf des 3D-Druckers steuert, um das Objekt Schicht für Schicht von unten nach oben aufzubauen. Das verwendete Material kann alles sein, von Kunststoff über Metall bis hin zu Lebensmitteln.

3D-Druck von Metall

Zunächst einmal: Was ist die 3D-Metalldrucktechnologie? Metall-3D-Druck ist, einfach ausgedrückt, ein additive Fertigung Verfahren zur Herstellung von Metallteilen mit Hilfe von Metallpulver (oder Paste) und Anweisungen aus einer digitalen Datei.

Bei diesem Verfahren wird das gewünschte Objekt von unten nach oben schichtweise mit feinem Metallpulver und einem Bindemittel oder mit Metallpulver und Laser aufgebaut.

Die Geschichte des 3D-Metalldrucks reicht bis in die 1980er Jahre zurück, als ein Verfahren namens selektives Laserschmelzen (SLM) entwickelt wurde.

Heute gibt es eine Reihe von Metall-3D-Druckverfahren, von denen jedes seine Vorteile hat. Bevor wir uns die verschiedenen Arten des Metall-3D-Drucks ansehen, wollen wir erst einmal sehen, wie er funktioniert.

Nachbearbeitung beim 3D-Druck von Metall
Nachbearbeitung beim 3D-Druck von Metall
Ressource: https://www.metalworkingworldmagazine.com

So funktioniert der 3D-Druck von Metall

Der Prozess der Verwendung von Metall für den 3D-Druck umfasst, wie jede andere Art des 3D-Drucks, einige Schritte. Sie werden im Folgenden von der ersten bis zur letzten Stufe erläutert.

  • Zunächst wird eine digitale Datei des zu druckenden Objekts mit einer CAD-Software erstellt. Diese Datei wird dann von einer Slicing-Software verarbeitet, die das Objekt in dünne Schichten zerlegt.
  • Sobald die Datei in Scheiben geschnitten ist, kann sie an den 3D-Drucker geschickt werden. Der 3D-Drucker baut das Objekt dann schichtweise mit feinem Metallpulver und einem Bindemittel oder Laser auf.
  • Das Bindemittel verbindet die Pulverpartikel, bevor das Objekt erhitzt wird, um die Partikel zu verschmelzen.
  • Mit Hilfe des Lasers werden die Metallpulverpartikel zu einem festen Objekt zusammengeschweißt. Anschließend wird das Bindemittel entfernt, sodass das fertige 3D-gedruckte Metallobjekt zurückbleibt.
  • Der letzte Teil ist die Nachbearbeitungsphase. Beim 3D-Druck von Metall umfasst die Nachbearbeitung Oberflächenveredelung Methoden zur Verbesserung der Festigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik des 3D-gedruckten Metallobjekts.
3D-gedrucktes Metallprodukt
3D-gedrucktes Metallprodukt
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=8YwlenA4bdg

Arten des 3D-Drucks von Metall

Wie bereits erwähnt, gibt es eine Reihe verschiedener Techniken für den 3D-Druck von Metall. Die gebräuchlichsten Verfahren sind die Metallpulverbettfusion (PBF), die direkte Metallabscheidung (DMD), das Binder-Jetting und die Metallextrusion. Schauen wir uns jede dieser Arten von 3D-Metalldrucktechnologien der Reihe nach an.

1. Metall-Pulver-Bett-Fusion

Der Schmelzmetalldruck im Pulverbett ist das am weitesten verbreitete 3D-Druckverfahren für Metall. Dabei werden dünne Schichten von Metallpulver auf eine Bauplattform aufgebracht und dann mit einem Laser oder einem Schmelzgerät verschmolzen. Elektronenstrahl um die Pulverteilchen zu verschmelzen.

Diese 3D-Metalldrucktechnologie eignet sich am besten für kleine bis mittelgroße Teile mit komplexen Geometrien. Sie ermöglicht die Herstellung von Teilen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und hoher Genauigkeit und eignet sich perfekt für Anwendungen, die dies erfordern, z. B. in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizintechnik.

Zu den Varianten des PBF-Verfahrens gehören das selektive Laserschmelzen (SLM), das direkte Metall-Lasersintern (DMLS) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM).

2. Direkte Metallabscheidung

Direkte Metallabscheidung (Direct Metal Deposition, DMD) ist eine Methode des 3D-Drucks mit Metall, bei der das Material mit Hilfe eines Extrusionsverfahrens Schicht für Schicht auf eine gebaute Plattform aufgebracht wird. Anschließend wird das Metall mit einem Laser, Lichtbogen oder Plasmabrenner erhitzt und geschmolzen. Es kann auch ein Elektronenstrahl verwendet werden.

Die direkte Metallabscheidung hat den Vorteil, dass sie sehr kostengünstig und schnell ist und sich gut für großvolumige Teile eignet. Die mit dieser Methode hergestellten Teile müssen jedoch in der Regel zur Verbesserung der Oberflächenqualität bearbeitet werden.

3. Binder Jetting

Beim Binder Jetting werden dünne Schichten von Metallpulver auf eine Bauplattform aufgebracht und dann mit einem Jetting-System ein Bindemittel auf das Pulver aufgetragen. Das Bindemittel hält die Pulverpartikel zusammen und erzeugt ein festes Objekt.

Das geformte Objekt wird schließlich erhitzt, um das Bindemittel zu entfernen und das Metallpulver zu schmelzen, und anschließend wird es nach Bedarf fertiggestellt. Dieses Metall-3D-Druckverfahren eignet sich am besten für große Objekte und Objekte mit komplexen Geometrien. Außerdem ist es kostengünstig und schnell.

4. Metall-Extrusion

Viele kleine Unternehmen nutzen diese Art des Metall-3D-Drucks, und zwar aus folgenden Gründen: Es handelt sich um ein erschwingliches Metall-3D-Druckverfahren, das einfach einzurichten und allgemein einsetzbar ist. Metall-Extrusions-3D-Drucker sind ebenfalls leicht erhältlich.

Extrusionsbasierter 3D-Metalldruck funktioniert mit Hilfe von Polymerfäden die mit Metallpulver imprägniert worden sind. Die Filamente werden geschmolzen und durch eine Düse auf die Bauplattform extrudiert, wo sie miteinander verbunden werden, um das endgültige Objekt zu schaffen.

Nach Abschluss des Prozesses wird das Objekt gewaschen, um das Polymer zu entfernen, und anschließend in einem Ofen gesintert, um das Metallpulver zu verschmelzen und einen festen Gegenstand zu schaffen.

Die Metallextrusion ist keine der besten Metall-3D-Drucktechniken für komplexe Teile. Es eignet sich vor allem für kleine Objekte mit einfachen Geometrien. Der Hauptvorteil dieser Methode ist, dass sie sehr kostengünstig ist. Allerdings ist die Qualität der hergestellten Objekte normalerweise nicht so hoch wie bei anderen Verfahren.

Eine der vielen 3D-Druckanwendungen aus Metall
Eine der vielen 3D-Druckanwendungen aus Metall
Ressource: https://news.softpedia.com

Metall-3D-Druck-Anwendungen

Mit dem 3D-Druck von Metall hergestellte Teile und Objekte werden in einer Vielzahl von Branchen verwendet. Meistens werden sie in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Medizin und in vielen anderen Bereichen eingesetzt, sowohl für Funktionsteile als auch für Prototypen.

  • In der RaumfahrtindustrieDie Vorteile von 3D-gedruckten Metallteilen sind ihr geringes Gewicht und die Möglichkeit, komplexe Teilegeometrien zu erstellen.
  • In der Automobilindustrie werden 3D-gedruckte Metallteile für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien von kundenspezifischen Teilen verwendet.
  • Ein Unternehmen könnte zum Beispiel den 3D-Druck von Metall verwenden, um eine kleine Charge kundenspezifischer Motorenteile für ein neues Automodell herzustellen.
  • In der Medizinbranchewerden 3D-gedruckte Teile und Geräte aus Metall mit großem Erfolg eingesetzt. Der 3D-Druck von Metall bietet die Möglichkeit, maßgeschneiderte Produkte zu erstellen, die perfekt auf die Bedürfnisse abgestimmt sind.

Mit dem 3D-Metalldruck ist das Rapid Prototyping in vielen verschiedenen Branchen einfacher, schneller und kostengünstiger. Und das zusätzlich zu Teilen, die Sie tatsächlich verwenden können.

Aufwändiger, lasergestützter Metall-3D-Druck kostet mehr
Aufwändiger, lasergestützter Metall-3D-Druck kostet mehr
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Wie viel kostet der 3D-Druck von Metall?

Die Kosten für den 3D-Druck von Metall hängen von einer Reihe von Faktoren ab. Dazu gehören die Art des verwendeten Druckers, die Art des Metalls, die Größe und Komplexität des zu druckenden Objekts und der Umfang der erforderlichen Nachbearbeitung.

Allerdings ist der Metalldruck im Allgemeinen kostspielig. Der Grund dafür ist die Verwendung von Metall, insbesondere in Pulverform, und die Notwendigkeit von Nachbearbeitungsschritten wie Sinterung.

Zusätzlich zu den Kosten für die Materialien für den 3D-Metalldruck kann auch der Drucker selbst sehr teuer sein. So kann zum Beispiel eine für die Industrie geeignete Bindemittelstrahlmaschine über $150 000 kosten.

Allerdings gibt es inzwischen viele Dienstleister, die den 3D-Druck von Metall anbieten. Dies ist eine großartige Option für Unternehmen, die nicht in ihre eigene Ausrüstung investieren wollen.

Schlussfolgerung

Der 3D-Druck von Metall ist eine gute Option für Unternehmen, die schnell und kostengünstig Metallteile, vorzugsweise Prototypen, herstellen müssen. Bevor Sie entscheiden, ob der Metall-3D-Druck die richtige Option für Ihr Unternehmen ist, sollten Sie die Art der zu produzierenden Objekte, die Qualitätsanforderungen und die Kosten berücksichtigen.

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