Zu den beeindruckendsten Anwendungen von 3D Druck gehört zweifellos das Rapid Prototyping von Modellen aus Metall. Durch Rapid Prototyping lassen sich bereits früh in der Produktentwicklung einzelne Prototypen schnell und unkompliziert herstellen.
Welche Vorteile bietet Rapid Prototyping?
Grundsätzlich bietet Rapid Prototyping 3 Vorteile:
- Die Möglichkeit, Fehler frühzeitig zu erkennen
- Eine individuelle Produktion in kleiner Stückzahl,
- Transparentes Arbeiten am jeweiligen Produkt.
Letzterer Punkt bietet einerseits eine Bereicherung des Betriebsklimas, andererseits eine verbesserte Kundenkommunikation.
Wie funktioniert Rapid Prototyping mit Metall?
Zum Einsatz kommt im Metall 3D Druck typischerweise das Selektive Laserschmelzen, auch SLM-Druck genannt. Dabei kommt Metall in pulverisierter Form zum Einsatz. Dieses wird vom SLM-Drucker mittels Laserstrahl geschmolzen, bevor es punktgenau, gemäß der gewünschten Geometrie verbaut wird.
Das Selektive Laserschmelzen unterscheidet sich dabei vom Selektiven Lasersintern (SLS-Druck) vor allem darin, dass das Material hierbei nicht geschmolzen wird. Dies macht eine höhere Temperatur im Druckprozess notwendig. Zudem wird das Metallpulver im SLM-Druck nicht gesintert.
Wie unterscheidet sich Rapid Prototyping im Bereich Metall von anderen Metallverarbeitungsverfahren?
Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren der Metallverarbeitung handelt es sich beim Rapid Prototyping nicht um ein subtraktives, sondern um ein additives Fertigungsverfahren. Dabei wird also kein Material mit Hilfe von Werkzeug von einem Grundmaterial entfernt, sondern das Modell wird quasi „von unten her“ aufgebaut.
Der Vorteil besteht dabei einerseits darin, dass für additiven Verfahren keine zusätzlichen Werkzeuge benötigt werden, weshalb diese auch als werkzeuglose Fertigung bezeichnet werden. Andererseits ermöglicht additive Fertigung eine ungeahnte Designfreiheit: So sind filigrane Formen möglich, welche mit herkömmlichen Verfahren so nicht umzusetzen wären.
Welche Metallsorten eignen sich für den 3D Druck?
Am häufigsten findet Aluminium im Rapid Prototyping mit Metall Verwendung, verbindet gerade dieses Metall schließlich Festigkeit in besonderer Weise mit Leichtigkeit. Bei 3D Activation verwenden wir hierfür eine Legierung aus 89,5% Aluminium, 10% Silizium und 0,5% Magnesium.
Zunehmender Beliebtheit erfreut sich auch Titan. Seine Bioverträglichkeit macht dieses Material zum idealen Werkstoff für die Medizintechnik, während in Luft- und Raumfahrt vor allem die hohe Korrosionsbeständigkeit und das niedrige Gewicht von Titan geschätzt wird. Die bei 3D Activation zum Einsatz kommende Legierung Ti64 ermöglicht Wandstärken ab 0,3 mm, bei einer Genauigkeit von 0,5 mm.
Darüber hinaus sind es insbesondere Nickel- und Messinglegierungen, welche sich für den Metall 3D Druck hervorragend eignen. Unsere Nickellegierung Inconel 718 ist insbesondere wegen ihrer günstigen Temperatur- und Gewichtseigenschaften bei unseren Kunden beliebt.
Auch Edelstahllegierungen, wie die bei 3D Activation verwendeten Legierungen SS420 und SS316L (L316), eignen sich sehr gut für das Rapid Prototyping mit Metall. So erweisen sich SS420 als ebenso hitzebeständige wie rostfreie Stahllegierung wie SS316L (L316).
Gold lässt sich hingegen, ähnlich wie die meisten anderen Edelmetalle, in der Regel nur indirekt im 3D Druck verarbeiten. Hier fertigt man lediglich ein Wachsmodell additiv, aus welchem das eigentliche Modell dann in traditioneller Weise gegossen wird. Seit einigen Jahren gibt es jedoch erste Versuche, Gold auch direkt, im Selektiven Lasersintern 3D zu drucken.
Bereits seit Längerem ist es dagegen möglich, Kupfer additiv zu fertigen, nämlich im Selektiven Laserschmelzen.
Welche Branchen nutzen Rapid Prototyping mit Metall?
Am weitesten ist die Nutzung von Metall 3D Druck bislang sicherlich in der Luft- und Raumfahrt verbreitet. Schließlich ermöglicht die oben erwähnte Designfreiheit nicht zuletzt den Leichtbau. Dieser ermöglicht wiederum, Gewicht und somit Kosten zu sparen, was insbesondere in der Luft- und Raumfahrt von besonderer Bedeutung ist.
Auch die Autoindustrie nutzt Metall 3D Druck in zunehmendem Maße, insbesondere für die Entwicklung von Prototypen. Der Vorteil liegt dabei in dem Umstand, dass die Hersteller Ihre Bauteile selbst ausdrucken, somit Zeit und Kosten sparen können. Aus demselben Grund geht der Trend auch dahin, immer mehr Teile eines Autos additiv zu fertigen.
Wegen der im Rapid Prototyping gegebenen Möglichkeit, komplexe Geometrien auch einschließlich Freiflächen aufzubauen, findet Metall 3D Druck nicht zuletzt in der Medizintechnik Verwendung. Im Vordergrund steht hierbei die Möglichkeit, individualisierte (d.h. Patienten-spezifische) Produkte mit komplexen Freiformen zu fertigen. Dies sind in der Zahnmedizin insbesondere Teilprothesen, Kronen- oder Brückengerüste, während in der Chirurgie typischerweise individualisierte Implantate oder Schablonen gefragt sind.
Auch im Werkzeugbau findet Rapid Prototyping mit Metall zunehmend Verwendung. Hier werden zum Beispiel Kühlkanäle für eine gleichmäßige Kühlung der Form additiv gefertigt.
Was sind die neuesten Entwicklungen im Rapid Prototyping mit Metall?
Ständig arbeiten Forscher und Ingenieure aus aller Welt mit Hochdruck daran, den 3D Druck mit Metall zu verbessern und ihn zugleich kosteneffizienter zu machen.
Eine spannende Entwicklung in diesem Zusammenhang wurde Anfang 2020 aus Großbritannien bekannt. Forscher von der School of Engineering der RMIT University haben dort nämlich ein Verfahren entwickelt, welches die Druckkonstistenz im Metall 3D Druck mit Hilfe von Ultraschall entscheidend verbessern soll. Die Bestrahlung mit Ultraschall bewirkt nämlich, dass die Pulverpartikel während des Druckvorgangs zu einer dichteren Formation geschüttelt werden. Am Beispiel des 3D Drucks mit Titan zeigt sich, dass die Streckgrenze auf diesem Wege um 12% verbessert werden kann. Zugleich führt die Verwendung von Ultraschall zu einer Verbesserung der Zugfestigkeit.
Welchen Service im Rapid Prototyping mit Metall bietet 3D Activation an?
3D Activation bietet Metall 3D Druck in den Technologien Binder Jetting, DLMS, EBM und Selektives Laserschmelzen (SLM-Druck) an. Die dabei mögliche Detailgenauigkeit reicht bis zu 0,1 mm, die minimale Wandstärke 0,3 mm. Die Hitzebeständigkeit der so gefertigten Bauteile beträgt, je nach Metall, 360 bis 846°C. Möglich ist dabei eine Bauraumgröße von 760 x 390 x 390 mm, bei einer Lieferzeit von 10 bis 20 Arbeitstagen.
