Der 3D-Druck ist eine sich schnell entwickelnde Technologie, die derzeit als Zukunft der Kleinserienproduktion gilt.
Es war jedoch nicht immer so optimistisch. Als der 3D-Druck vor mehreren Jahrzehnten aufkam, wurde er als eine beeindruckende, aber langsame Kuriosität betrachtet, die keine wirkliche Anwendung finden würde. Er wurde manchmal für Design und Prototyping verwendet, sollte aber nie zu einer der grundlegenden Produktionsmethoden werden.
Doch diejenigen, die dem 3D-Druck keine gute Zukunft vorhersagten, konnten nicht falscher liegen. In den letzten 10 Jahren hat sich die 3D-Drucktechnologie - und insbesondere im Metallbereich - so weit entwickelt, dass sie viele führende Hersteller angezogen hat und in immer neuen Bereichen der Industrie Anwendung findet.
3D-Metalldrucker
In den letzten Jahren gab es einen starken Anstieg sowohl des Angebots als auch der Nachfrage nach 3D-Metalldruckern. Hersteller führen ständig neue Lösungen für die additive Fertigung von Metallen ein, die schneller, einfacher zu bedienen und effizienter sind sowie die Verwendung einer größeren Anzahl verschiedener Metalle ermöglichen.
Aus diesem Grund nutzen immer mehr Unternehmen 3D-Metalldrucktechnologien zur Herstellung von Metallteilen und Prototypen und profitieren dabei von der erhöhten Designfreiheit, die sich aus der Idee des additiven Drucks ergibt. 3D-Metalldrucker werden derzeit in verschiedenen Branchen eingesetzt, wie Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik, Werkzeugbau und darüber hinaus.
3D-Druck
Der 3D-Druck, auch als additive Technologie bekannt, ist der Prozess der Erstellung eines dreidimensionalen Objekts von Grund auf, Schicht für Schicht. Er beginnt normalerweise mit einem digitalen, dreidimensionalen Modell des Teils, das von Software digital in viele sehr dünne Schichten "geschnitten" wird, wobei die Dicke der Schichten von der Form des Produkts und der Art des verwendeten Materials abhängt.
Als nächstes wird Rohmaterial, meist in Form von Pulver oder Granulat, in den Drucker geladen. Das beliebteste Material ist natürlich Kunststoff, aber auch Metalle wie Aluminium, Titan, Werkzeug- und Edelstahl, Nickel, Kupfer, Bronze, Kobalt und Edelmetalle (Gold, Silber, Platin) werden zunehmend verwendet. Das Rohmaterial wird auf die Schmelztemperatur erhitzt und von der Maschine Schicht für Schicht auf die Arbeitsfläche aufgetragen, bis das gesamte Produkt gedruckt ist.
3D-Metalldruck
Wenn wir die wachsende Zahl industrieller und kommerzieller Anwendungen der additiven Technologie betrachten, steht der 3D-Metalldruck immer an vorderster Front. Es ist eine der am schnellsten wachsenden Produktionstechnologien. Er kann jetzt in Verbindung mit anderen Techniken für Prototyping und Kleinserienproduktion verwendet werden. In einigen Fällen sind die Qualität von 3D-gedruckten Metallobjekten und die Druckeffizienz bereits vergleichbar mit oder sogar höher als bei traditionellen Technologien.
Der 3D-Metalldruck wird für Prototyping und Kleinserienproduktion in der Raumfahrtindustrie, Luftfahrt, Automobilindustrie, im Maschinenbau und in der Herstellung von medizinischen und Laborsystemen eingesetzt.
Wie funktioniert der 3D-Metalldruck?
Der 3D-Metalldruck ist ein Oberbegriff für eine Familie mehrerer Technologien. Einfach ausgedrückt kann jede Fertigungstechnologie, die die Erstellung von Metallobjekten Schicht für Schicht durch Schmelzen, Schweißen oder Sintern ermöglicht, als 3D-Metalldruckprozess bezeichnet werden. Es gibt wirklich viele Lösungen, die das Drucken in Metall ermöglichen, aber es lohnt sich - wie immer - die am häufigsten verwendeten kennenzulernen.
Grundlegende 3D-Drucktechnologien
In der 3D-Metalldrucktechnik werden drei Haupttechnologien verwendet:
- DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
- SLM (Selective Laser Melting)
- EBM (Electron Beam Melting)
DMLS 3D-Druck
Direct Metal Laser Sintering oder DMLS ist die beliebteste Methode des 3D-Metalldrucks. Der Laser wird verwendet, um Metallpulver Schicht für Schicht zu sintern und das gedruckte Teil zu erstellen.
Bei dieser Drucktechnik werden eine Vielzahl von Metalllegierungen verwendet, wie Maraging-Stahl, Aluminium, Nickel-Chrom-Legierungen Inconel 625, Kobalt-Chrom-Legierungen und Titan.
Die DMLS-Technik wird zur Erstellung von Prototypen und Maschinenteilen verwendet. Sie kann zur Herstellung von Elementen mit Hinterschneidungen, Vertiefungen und verschiedenen Neigungswinkeln verwendet werden. Dazu gehören medizinische Geräte, Instrumente, Prototypen und Werkzeuge.
SLM 3D-Druck
Selective Laser Melting oder SLM beinhaltet, wie der Name schon sagt, das Schmelzen des Materials. Der 3D-Druck erfolgt in einer inerten Gasumgebung. Aus diesem Grund ist die Qualität des SLM-3D-Drucks der Qualität von Teilen, die durch Gießen oder Schmieden hergestellt werden, sehr nahe.
Objekte, die mit der SLM-3D-Drucktechnologie hergestellt werden, sind sehr langlebig. Aus diesem Grund kann diese Technologie zur Herstellung mechanischer Teile wie Propeller und Zahnräder sowie von Produkten verwendet werden, die in der Automobil-, Medizin- und Luftfahrtindustrie eingesetzt werden.
EBM 3D-Druck
Die Electron Beam Melting oder EBM-Technik ähnelt dem SLM-Druck, verwendet aber anstelle eines Lasers einen Elektronenstrahl. Diese Technologie ist schneller und präziser als der laserunterstützte Druck, und mit ihr gedruckte Produkte sind im Allgemeinen haltbarer als Teile, die in anderen Metall-Druckprozessen hergestellt werden.
Die EBM-Methode wird hauptsächlich für die Herstellung von Objekten aus Titan und Kobalt verwendet und umfasst Teile und Komponenten für Flugzeuge, Raumfähren, Raketen und Motoren.
Vorteile des 3D-Metalldrucks
Ein großer Vorteil des 3D-Metalldrucks ist die Designfreiheit. Der 3D-Druck gibt Herstellern die Möglichkeit, Elemente mit extremer geometrischer Komplexität herzustellen, die entweder nicht hergestellt werden können oder mit traditionellen Bearbeitungstechniken sehr schwierig herzustellen sind.
Minimaler Abfall: In den meisten Fällen ist das einzige Material, das zum Drucken eines Produkts benötigt wird, das im fertigen Produkt verwendete. Außerdem gibt es praktisch kein überschüssiges Material, und eventuelle Rückstände können wiederverwendet oder recycelt werden. Dies bedeutet natürlich niedrigere Kosten für den Produktionsprozess.
Ein-Schritt-Produktion: Während des 3D-Druckprozesses arbeitet die Maschine automatisch, ohne Aufsicht durch einen Bediener. Dies bedeutet, dass ein Bediener gleichzeitig mehrere Drucker bedienen kann, was die Arbeitskosten senkt. Die Abhängigkeit von anderen traditionellen Produktionsprozessen wie Schneiden, Fräsen und Schweißen wird ebenfalls reduziert, da der gesamte Produktionsprozess in einer Maschine stattfindet.
Darüber hinaus sind 3D-Metalldrucker viel kleiner als die meisten fortschrittlichen CNC-Maschinen, was bedeutet, dass sie weniger Platz in der Produktionshalle einnehmen. Sie ermöglichen auch eine Verkürzung der Produktionszeit.
Darüber hinaus bietet der 3D-Metalldruck:
- Ermöglicht eine schnellere Produktion komplexer Teile im Vergleich zu traditionellen Produktionsmethoden.
- Der 3D-Metalldruck ist kostengünstiger als traditionelle Techniken
- Je nach gewählter Technologie ermöglicht der 3D-Metalldruck die präzise Herstellung von Objekten mit sehr komplexer Geometrie.
- Auch bei sehr komplexen Designs werden Teile von extrem hoher Festigkeit erhalten. Dies ist einer der Gründe, warum 3D-gedruckte Komponenten in der Luftfahrt-, Raumfahrt- und Militärindustrie stark nachgefragt werden.
- Der 3D-Metalldruck erzeugt keinen Materialabfall, im Gegensatz zu traditionellen Produktionsmethoden.
Kurz gesagt, der 3D-Metalldruck ist eine ideale Technik zur Erstellung komplexer Teile, die mit traditionellen Technologien schwer herzustellen sind oder bei denen eine solche Produktion ineffizient wäre.
Die Zukunft des 3D-Drucks
In Zukunft werden viele "Nachteile" des 3D-Drucks minimiert oder vollständig beseitigt werden, da die Technologie weiter verbreitet wird. Und da Designer nicht untätig sind und Innovationen wie Pilze nach dem Regen erscheinen, werden auch die Kosten für 3D-Drucker selbst sinken.
Neue Drucker werden auch mehr Arten von Materialien verwenden können und schneller werden. Daher werden Projekte, die derzeit Tage zur Fertigstellung benötigen, innerhalb von Stunden oder sogar Minuten abgeschlossen sein.
In den kommenden Jahren wird sich der 3D-Druck weiterentwickeln und die Fertigungslandschaft verändern. Er wird die Grundlage für kundenspezifische und Kleinserienproduktion bilden. Er wird auch in der Massenproduktion in vielen Branchen wie Automobil, Luftfahrt, Gesundheitswesen und darüber hinaus eingesetzt werden.