Welche Metall 3D-Druck Verfahren gibt es?

Beim Metall 3D-Druck gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren zur Bauteilherstellung mit jeweiligen Vor- und Nachteilen beispielsweise hinsichtlich Kosten, Bauteilabmessungen, Werkstoffauswahl und Bauteilkomplexität.

Was ist LPBF (Laser Powder Bed Fusion, PBF-LB) oder SLM® (Selective Laser Melting, Selektives Laserschmelzen)?

• Mit über 90 % Marktanteil wird der LPBF-Prozess am häufigsten zur Herstellung von funktionalen Metall 3D-Druck Bauteilen angewandt. Dieser ist damit auch der bei Rosswag bevorzugt eingesetzte Prozess zur Herstellung von Metallbauteilen für industrielle Anwendungen. Ein oder mehrere Laser dienen dabei als Energiequelle zum lokalen Aufschmelzen des Metallpulvers im Pulverbett.
• Weitere oft verwendete Verfahrensbezeichnungen für den LPBF-Prozess sind DMLS (Direct Metal Laser Sintering), LaserCUSING, ALM (Additive Layer Manufacturing), LMF (Laser Metal Fusion), LBM (Laser Beam Melting).

Das zu fertigende Bauteil wird aus Metallpulver Schicht für Schicht mithilfe des Lasers durch Mikroschweißprozesse aufgebaut. Dabei entsteht das physikalisch dichte Bauteil endkonturnah im Pulverbett. Nicht aufgeschmolzenes Metallpulver kann nach dem Bauprozess größtenteils wiederverwendet werden.

Durch den schichtweisen Aufbau beim Metall 3D-Druck können selbst hochkomplexe Geometrien ohne Mehraufwand erzeugt werden. Zu funktionsoptimierten Geometrien zählen beispielsweise konturnahe, innenliegende Kanalstrukturen, durch die eine wesentlich bessere Kühl- oder Heizwirkung realisiert werden kann. Darüber hinaus ergeben sich auch Möglichkeiten, die Funktionen von komplexen Baugruppen in einem Bauteil zusammenzufassen. Bei diesem als Integralbauweise bezeichneten Design wird der Nachbearbeitungs- und Montageaufwand reduziert, da einzelnen Komponenten schon während der Fertigung miteinander kombiniert werden. Auch Leichtbauanwendungen profitieren vom Metall 3D-Druck, da durch Topologieoptimierung, eingebrachte Hohlräume oder Wabenstrukturen an unbelasteten Geometriebereichen hohe Gewichtseinsparungen bei guter Steifigkeit realisiert werden können.

Was ist EBM (Eletron Beam Melting, PBF-EB)?

• Ein mit LPBF vergleichbarer Prozess mit Elektronenstrahlen als verwendete Energiequelle und meist höheren Prozesstemperaturen.

Was bedeutet DED (Direct Energy Deposition)?

• Beim DED-Prozess wird über eine Düse pulverförmiges oder drahtförmiges Ausgangsmaterial zugeführt und mit einem Laser, Elektronenstrahl oder Lichtbogen aufgeschmolzen. Damit sind auch mehrachsige Auftragsprozesse an großen Komponenten möglich. Je nach verwendeter Verfahrenskombination wird der Prozess als Laser Metal Deposition (LMD), Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM), Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) oder Wire Laser Additive Manufacturing (WLAM) bezeichnet.

Wie funktioniert Metal Binder Jetting?

• Auch aus dem Kunststoffbereich bekannt, wird beim Metal Binder Jetting Metallpulver im Pulverbett durch einen Binder selektiv verklebt. Anschließend wird das dabei entstandene Grünteil über thermische Prozesse vom Binder befreit und zu einem dichten Bauteil gesintert.

Was ist Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF)?

• Wie beim Kunststoff 3D-Druck für den Heimgebrauch wird ein Filament schichtweise aufgeschmolzen und abgelegt. Im Filament befinden sich jedoch hierbei Metallpulverpartikel, welche anschließend durch Entbindern und Sintern zu einem dichten Metallbauteil verbunden werden.

In welchen Bereichen findet SLM Anwendung?

Metall 3D-Druck-Verfahren wie Selektives Laserschmelzen (SLM) haben vielfältige Anwendungsgebiete und bieten zahlreiche Vorteile in der Fertigungsindustrie. Diese Technologie ermöglicht die Herstellung hochkomplexer Bauteile aus unterschiedlichen Metallpulvern. Die Auswahl der Pulver, darunter Aluminium, Edelstahl, Titan und Inconel, ermöglicht es Unternehmen, je nach Anforderungen an Festigkeit, Wärmebehandlung und anderen Eigenschaften, präzise Materialien einzusetzen. Der Einsatz von Metalldruck ist besonders im Maschinenbau und in der Luft- und Raumfahrtindustrie von großer Bedeutung, da er es ermöglicht, Bauteile mit spezifischen Eigenschaften, wie geringem Gewicht und hoher Festigkeit, zu fertigen.

Metall-3D-Druck-Verfahren eignen sich nicht nur für die Herstellung von Prototypen, sondern auch für die Produktion von Kleinserien. Die Flexibilität in der Anpassung der Prozessparameter erlaubt es Unternehmen, unterschiedliche Legierungen und Mikrostrukturen zu realisieren. Darüber hinaus ermöglicht der Metalldruck eine hohe Präzision in der Fertigung von Werkzeugstählen, die in der Industrie für Fräsen und andere Bearbeitungsprozesse eingesetzt werden. Unternehmen können so die gesamte Prozesskette von der digitalen Modellierung bis zum fertigen Bauteil effizient abdecken, was zu verkürzten Entwicklungszeiten und kosteneffizienter Produktion führt.

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