3D-Metalldruck: Verfahren, Technologien und Anwendungen

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Die Möglichkeiten für die additive Herstellung von Metallobjekten nehmen zu, ebenso wie die Bedeutung der 3D-Drucktechnologie auf Metallbasis für verschiedene Bereiche der metallurgischen Industrie. Dies wird durch aktuelle Verkaufsdaten und die Bereitschaft der Unternehmen, in diese Technologie zu investieren, belegt:

Investitionen: Laut einer KMPG-Studie gab etwa ein Viertel der Manager im Metallurgiesektor an, in additive Fertigungstechnologie investiert zu haben. Darüber hinaus planen etwa 27% der Unternehmen bereits diese Technologie, um ihre bestehenden Kapazitäten zu erhöhen.
Wachstum des Marktes: Nach Angaben von Vohlers Associates hat der 3D-Druck in etwa zugenommen. 26% im Jahr 2015, der 3D-Druck auf Metall stellte + 48% für verkaufte Maschinen und + 34% für verkaufte Materialien dar (Quelle: IDTechEk).
Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie eröffnet sehr spezifische Anwendungen in vielen Branchen, in denen 3D-Metalldrucke im Rahmen der industriellen Produktion neben der Herstellung von reinen Prototypen eingesetzt werden.

Pluspunkte für den 3D-Metall-Druck

  • Die Leistungsfähigkeit des 3D-Metalldrucks.
  • Hohe Geschwindigkeit für die Ausführung.
  • Komplexe Geometrien sind möglich.
  • Variable Produktion möglich (3D-Modifikationen).

 

Schwachstellen beim 3D-Druck auf Metall

  • Tragende Strukturen (in den meisten Techniken), die an das Objekt → geschweißt werden, sind lang und müssen nachbearbeitet werden.
  • Hardware und Maschine machen die Technologie sehr teuer.
  • Geringe Präzision und raue Oberflächen aufgrund des Designs.

Verwendung von 3D-Metalldruck

Bei der Herstellung von Metallobjekten kann zwischen zwei Techniken gewählt werden, dem Abtragungsverfahren (z.B. Verdrehen, Fräsen) und dem generativen Verfahren (3D-Metalldruck). Beide Techniken erfordern digitale 3D-Objektmodelle. Es ist jedoch zu beachten, dass das für das Fräsen entwickelte 3D-Modell auch geschliffen werden muss. Die Qualität der mit dem 3D-Metalldruck hergestellten Oberflächen ist im Allgemeinen gering, so dass eine anschließende Behandlung mit einem Abtragungsverfahren erforderlich ist. Auch bei Objekten, die enge Toleranzen erfordern, werden Entnahmetechniken bevorzugt.
Für relativ kleine Objekte oder wenn komplexe Geometrien (offene Räume) vorhanden sind, ist der 3D-Druck auf Metall im Allgemeinen die beste Lösung.

Da sich Geometrien mit diesen Verfahren leicht durchführen lassen und Abtragungsprozesse nicht oder nur mit großem Aufwand durchgeführt werden können, werden 3D-Metalldrucke häufig zur Herstellung der Vorstufen des gewünschten Objekts („weiß“) verwendet. ausgeschnitten.

Dank der schnellen und kostengünstigen Herstellung eignen sich 3D-Pulverdruckverfahren auf Metallen besonders für kleine Sonder- oder Kleinserien.

Leichte Konstruktion

Das Hauptanwendungsgebiet dieser Technik liegt im Leichtbau. Wenn es darum geht, das Gewicht oder die Anzahl von Bauteilen zu reduzieren, kann der 3D-Druck auf Metall seine Vorteile ausspielen. Die Luftfahrt spielt dabei eine wichtige Rolle. In diesem Bereich können durch eine hohe Designfreiheit komplexe fertigungstechnische Projekte vereinfacht werden (z.B. durch innovative Strukturen – siehe Bild), was Kosten und Gewicht spart. Standardmäßig werden bereits 3D-gedruckte Metallteile auf GE-Turbinen montiert. (Einige Beispiele finden Sie in unserem Artikel: 3D-Drucken: Integrierte Fertigungskomponente)
Aber auch im Erdkampf, insbesondere in der Formel 1, hat sich der 3D-Druck etabliert.

Komplexe Geometrien

Ein weiterer Bereich, in dem 3D-Metalldrucke ihre Vorteile zeigen können, sind komplexe Objekte mit offenen Räumen. Der 3D-Druck kann dazu beitragen, insbesondere in der Medizintechnik und bei medizinischen Geräten. In der Medizintechnik werden immer mehr individualisierte (d.h. patientenspezifische) Produkte mit komplexen Freiformen benötigt. Der 3D-Metalldruck bietet erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren und wird in der Zahnpflege (z.B. Teilprothesen, Kronen- und Brückenkonstruktionen) oder in der Chirurgie, z.B. bei Implantaten oder Modellen, eingesetzt.
Der 3D-Metalldruck wird auch für die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen / Formen eingesetzt. In der Regel werden Hilfsmittel für die Königsform hergestellt, z.B. B. Für eine gleichmäßige Formenkühlung werden die Kühlkanäle in 3D geschrieben.

Flexible Produktion

Wie immer werden neue Technologien für militärische Zwecke eingesetzt. Die Vorteile werden durch Gewichtseinsparungen und die Fähigkeit zur schnellen, ortsunabhängigen Produktion (z.B. im Einsatzgebiet) erreicht. Letzteres reicht von Funktionspistolen, über Teile oder sogar (fast) komplette Flugzeugobjekte (Abbildungen) bis hin zu Munition. Es liegt auf der Hand, dass eine flexible Fertigung auch im zivilen Bereich von Vorteil ist. Vor allem wenn es um die Herstellung von kundenindividuellen Einzel-/Kleinserien geht. Einige Autohersteller setzen bereits den 3D-Druck auf Metall zur Herstellung von Ersatzteilen ein, und Daimler nimmt derzeit eine Vorreiterrolle ein.

Reduzierung von Einzelteilen

Eine weitere Anwendung für den 3D-Druck ist die Reduzierung einzelner stationärer Teile. Das Hauptziel ist die Reduzierung der Anzahl von Komponenten. Gleichzeitig werden die Fehleranfälligkeit und der Wartungsaufwand reduziert. Ein weiterer Vorteil ist hier der mögliche Gewichtsverlust des Objekts. Einige Beispiele finden Sie in unserem Artikel zur integrierten Fertigung.

Das Hauptverfahren für den 3D-Metalldruck

Obwohl der 3D-Druck auf Metall noch eine relativ neue Technologie ist, wurden bereits viele Methoden entwickelt. Da es eine unglaubliche Menge an Werbung rund um diese Technologie gibt, kommen ständig neue Verfahren und Ansätze hinzu. Alle „klassischen“ Druckverfahren auf Metallbasis sind pulverbasiert. Auf der anderen Seite verfestigen sich derzeit die auf der Extrusion basierenden Verfahren. Es bleibt abzuwarten, ob sich diese auf dem Markt durchsetzen werden.

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