3D Druck mit Metall
Der 3D Druck mit Metall gehört zweifellos zu den komplexesten, aber auch zu den eindruckvollsten Verfahren der additiven Fertigung. Zum Einsatz kommt hierbei in der Regel das Selektive Laserschmelzen, abgekürzt auch unter der Bezeichnung SLM-Druck oder SLM-Verfahren (für selective laser melting) bekannt.
INHALTSVERZEICHNIS
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Beim Metall 3D Druck, dem Selective Laser Melting (SLM™), entsteht ein physisches 3D Objekt durch das Schmelzen eines metallischen Pulvers.
Metall 3D Druck ist mit zahlreichen Metallen möglich, von denen Aluminium, Edelstahl, Bronze, Kupfer, Messing, Kupfer und Titan als die bekanntesten gelten können.
Aus Metall gefertigt werden Einsatzteile, Modelle und komplizierte Bauformen, welche mit konventionellen Methoden wie Gießen oder Fräsen nicht produziert werden können, ohne eine Form, nur auf Basis der CAD-Daten.
Metall aus 3D Druckfertigung lässt sich anschließend schleifen oder auch legieren, um ein noch hochwertigeres Aussehen zu ermöglichen.
Eine neue Generation im Rapid Prototyping
Beim Metall 3D Druck, dem Selective Laser Melting (SLM™), entsteht ein physisches 3D Objekt durch das Schmelzen eines metallischen Pulvers. Der 3D Datensatz wird in einzelne Schichten geschnitten und entsprechend der Konturen der digitalen Datei aufgebaut. Nach dem 3D Drucken wird das 3D Modell vorgehärtet und infiltriert, danach in einem Hochofen auf über 1000 °C erhitzt und abschließend aufpoliert. Dieser Prozess dauert mehrere Arbeitstage.
Der Metall 3D Druck gehört damit zu den komplexesten und eindrucksvollsten Technologien, die das Rapid Prototyping zu bieten hat. Einsatzteile, Modelle und komplizierte Bauformen, die mit konventionellen Methoden wie Gießen oder Fräsen nicht produziert werden können, werden ohne eine Form, nur auf Basis der CAD-Daten, aus Metall angefertigt. Mehr erfahren ›
Im 3D Druck Metall Verfahren bietet 3D Activation Ihnen u.a. in den Metallen Aluminium, Messing, Bronze und Kupfer, sowie aus Stahl in SS420 und 1.4404 (L 316) an. Verschiedene Legierungen wie Gold, Silber, Nickel und Bronze sind möglich. Wegen ihrer Robustheit für mechanische und dynamische Belastungen sind 3D Modelle aus Aluminium besonders für Prototypen in der Luft- und Raumfahrt gefragt, während Messing, Bronze und Kupfer hauptsächlich für den Schmuck Druck Verwendung finden. Künstler und Designer schätzen das edle Design dieser Metalle, wobei die 3D Druck-Technologie zugleich filigrane Formen ermöglicht, die mittels konventioneller Fertigungsverfahren so nicht möglich wären.
Die speziellen Stahllegierungen SS420 und 1.4404 (L 316) zeichnen sich jeweils durch Rostfreiheit aus, wobei SS420 darüber hinaus durch gute Hitzebeständigkeit, 1.4404 (L 316) vor allem durch gute Korrosionsbeständigkeit und hohe Dehnbarkeit überzeugt. Bauteile im SLM-Verfahren, welche aus Titanium (Ti64) gefertigt werden, erfüllen die Anforderungen der chemischen Zusammensetzung der Normen ISO 5832-3, ASTM F1472 und ASTM B348. Wegen den hohen physikalischen und chemischen Anforderungen, die an das 3D Material Ti64 gestellt werden, findet es sich hauptsächlich bei industriellen Anwendungen wider.
Zu den großen Vorzügen des 3D Drucks mit Metall gehört in erster Linie, das auf diesem Wege, wie oben bereits erwähnt, filigrane Formen ebenso leicht umsetzbar werden wie komplexe Strukturen und Geometrien, einschließlich Hinterschneidungen und Hohlräumen. Man kann daher mit Recht und Fug sagen, dank Metall-3D-Druck werden neue Dimensionen in der Metallverarbeitung erschlossen. Zugleich eröffnet das 3D Drucken mit Metallen die Möglichkeit eines werkzeuglosen Fertigungsprozesses.
Dank unserer großen Bauräume werden mit Hilfe des Metall-3D-Drucks besonders hochwertige Anschauungsmodelle möglich.
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- Komplexe Strukturen und Geometrien
- Hinterschneidungen und Hohlräume
- Filigrane Formen
- Werkzeugloser Fertigungsprozess
- Bruchfest und edel
Vor allem für Bauteile, die großen mechanischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, eignet sich 3D-Druck mit Aluminium in besonderer Weise, so etwa in der Luft- und Raumfahrt.
Zusammensetzung:
AlSi10Mg (89,5% Aluminium, 10% Silizium, 0,5% Magnesium)
AlSi9Cu3
AlMgScZr
Die rostfreie Stahllegierung 1.4404 (L 316) zeichnet sich sowohl durch eine gute Korrosionsbeständigkeit als auch durch eine hohe Dehnfestigkeit aus.
SS420 ist eine hitzebeständige und rostfreie Stahllegierung, die sich in Pulverform auch im SLS-3D-Druckverfahren verarbeiten lässt.
3D-Druck-Objekte aus Bronze beeindrucken in ganz besonderer Weise durch ihre glänzend-schimmernde Oberfläche. Als Schmuck-3D-Druck erfreut sich Bronze daher großer Beliebtheit.
Inconel 718 ist ein SLM-Druck-Werkstoff auf Nickelbasis, der sich, vor allem wegen seiner günstigen Temperatur- und Gewichtseigenschaften, besonders gut für Zwecke der Raumfahrt-Technologie eignet.
Seine spezifisch schimmernde Optik verleiht 3D-Drucken aus Kupfer eine ganz besondere Optik, die Ihren Schmuckstücken ein ganz besonderes Design verleiht.
CuNi2SiCr ist eine thermisch aushärtbare Kupferlegierung, die vor allem mit einer günstigen Kombination aus guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit punktet. Auch bei höheren Temperaturen weist diese Kupferlegierung für den SLM-Druck eine hohe Festigkeit auf.
Typische Anwendungsgebiete sind elektromechanische Bauelemente, sowie alle Bereiche, in denen berylliumfreie Kupferlegierungen gefordert sind.
Dank ihres höheren Gewichts vermitteln 3D-Druck-Modelle aus Messing einen besonders hochwertigen Eindruck, weshalb sich Messing insbesondere für den 3D-Druck von Schmuck eignen.
Bauteile mit der Leichtmetall-Legierung (Ti64) weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und ein niedriges Gewicht aus.
Wandstärken: 0,3 – 0,4 mm
Genauigkeit: +-0,5mm
Thermische Eigenschaften: ca. 350°C
Titan Grade 2 beeindruckt durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit, in vielen Medien. Zudem ist dieses SLM-Druck-Metall biokompatibel und wirkt antiallergen, so dass es sich hervorragend für medizinische Anwendungen eignet. Da Titan Grade 2 auch besonders komplexe Hohlstrukturen ermöglicht eignet sich dieser Werkstoff jedoch auch besonders gut für die Luft- und Raumfahrt.
CoCr, 1.2709, 1.4542, 1.4404, 1.4859, In625, In718, CuNi2Si, AlSi9Cu3
3D Druck mit Metall ermöglicht vor allem eine Designfreiheit, die sich im konventionellen Metallbau nicht annährend umsetzen lässt.
Dieser Vorzug zeigt sich etwa im Leichtbau. Hierbei geht es darum, Bauteile möglichst Material- und Gewichts-sparend zu fertigen. Dies gilt insbesondere für die Luft- und Raumfahrt-Technik, wo es schließlich ökonomisch und ökologisch besonders wichtig ist, durch Gewichtsreduktion Treibstoff zu sparen. Einen ähnlichen Fall liefert die Bionik, deren Leitidee darin besteht, komplexe, filigrane Formen aus der Natur für technische Zwecke nachzubauen.
Auch komplexe Geometrien, einschließlich Freiflächen lassen sich im 3D Druck mit Metall sehr gut aufbauen. Von besonderer Bedeutung ist dies etwa für die Medizintechnik, wo es schließlich darauf ankommt, individualisierte (d.h. Patienten-spezifische) Produkte mit komplexen Freiformen zu fertigen.
Quelle: Solid Concepts YouTube
Damit eine Verarbeitung von Metall im SLM-Verfahren erfolgen kann ist es zunächst nötig, das betreffende Metall zu pulverisieren. Dieses Metallpulver wird nun als dünne Schicht (von ca. 30 – 50 μm) auf die sogenannte Substratplatte aufgetragen, wo ein Laserstrahl das Material punktuell schmilzt. Dabei baut dieser Laserstrahl die in den 3D-Dateien festgelegte Konstruktion exakt so auf, dass das erkaltende Metallpulver punktgenau in der gewünschten Bauweise erstarrt. Schicht für Schicht entsteht im SLM-Drucker so das gewünschte Bauteil. Um unerwünschte chemische Reaktionen zu vermeiden findet dieser Vorgang in der Regel in einer speziellen Schutzgasatmosphäre, aus Argon oder Stickstoff, statt. Dabei weist das das Selektive Laserschmelzen sehr starke Ähnlichkeiten mit dem Selektiven Lasersintern (SLS-Druck) auf, unterscheidet sich von diesem jedoch dadurch, dass das Pulver im SLM-Druck allerdings nicht gesintert wird.
Seinen Ursprung hatte das SLM-Verfahren am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen, im Jahr 1995.
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