Einführung in den 3D Metalldruck

posted am: 25 Januar 2019

In dieser Einführung werden wir die grundlegenden Prinzipien und Methoden beim 3D Metalldruck, beispielsweise von der Rolf Lenk Werkzeug- und Maschinenbau GmbH, betrachten. Dies umfasst Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) und den allgemeinen Druckprozess.   

SLM und DLM sind additive Verfahren, die der Familie des 3D Drucks angehörig sind. Sie sind sich relativ ähnlich, da beide einen Laser zur Herstellung von Bauteilen aus Metall oder Metalllegierungen verwenden. Die 3D Metalldruck-Verfahren unterscheiden sich aber in der Art und Weise wie die Metallpartikel miteinander verbunden beziehungsweise verschmolzen werden.   

Bei dem SLM 3D Metalldrucker werden Metallpulver mit einer gemeinsamen Schmelztemperatur verwendet, wohingegen das Pulver beim DMLS aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen besteht.   

Kurz gesagt

  Bauteile aus dem SLM Drucker bestehen aus einem Reinmetall.  Bauteile aus dem DMLS Drucker bestehen aus einer Metalllegierung.   

SLM und DMLS können Teile aus einer breiten Palette von Metallen und Metalllegierungen herstellen, darunter Aluminium, Edelstahl, Titan und Kobaltchrom. Diese Materialien decken die Anforderungen der meisten industriellen Anwendungen von der Luftfahrt bis hin zur Medizintechnik ab. Edelmetalle wie Gold, Platin, Palladium und Silber können ebenfalls verarbeitet werden, sie sind jedoch hauptsächlich auf die Schmuckherstellung beschränkt.   

Die Kosten des Metallpulvers sind sehr hoch. Zum Beispiel kostete ein Kilogramm Pulver aus rostfreiem Stahl ungefähr 350 bis 450 Dollar. Aus diesem Grund ist die Minimierung des Bauteilvolumens beim Konstruieren von Teilen im 3D Metalldruck von hoher Priorität.   

Eine der Hauptstärken des 3D Metalldrucks ist die Kompatibilität mit hochfesten Materialien wie Nickel- oder Kobalt-Chrom-Superlegierungen, welche mit traditionellen Herstellungsverfahren nur schwer verarbeitet werden können.  Der Prozess beim 3D Metalldruck ist bei beiden Verfahren ähnlich   

Zuerst wird die Druckkammer mit Inertgas (zum Beispiel Argon) gefüllt um die Oxidation des Metallpulvers zu minimieren. Danach wird sie auf die optimale Betriebstemperatur erhitzt.   

Eine dünne Schicht Metallpulver wird dann über die Druckplatform verteilt. Um nun das Bauteil herzustellen fährt ein Hochleistungslaser den Querschnitt des Bauteils ab und schmilzt (oder verschmilzt) die Metallpartikel.  Sobald eine Schicht vollständig verschmolzen ist, bewegt sich die Plattform um eine Schichtdicke nach unten, sodass neues Pulver aufgetragen werden kann. Der Vorgang wird wiederholt, bis das gesamte Bauteil fertig ist.   

Wenn der Prozess abgeschlossen ist, befinden sich die Teile fest an die Druckplattform verbunden und vollständig im Metallpulver eingeschlossen. Die Kammer kann nun abgekühlt werden.  Nachdem die Kammer eine niedrigere Temperatur erreicht hat, wird das überschüssige Pulver manuell entfernt.  Die produzierten Teile aus dem 3D Metalldruck werden normalerweise wärmebehandelt, während sie noch an der Bauplattform befestigt sind, um Restspannungen abzubauen. Anschließend werden die Bauteile durch Abschneiden, Drahterodieren oder andere Verfahren von der Bauplatte gelöst und sind einsatzbereit oder werden weiterverarbeitet.

Teilen