Die 4 besten Metalle für den 3D-Druck

Beim 3D-Druck werden Teile anhand einer dreidimensionalen Zeichnung erstellt und Produkte gedruckt, indem nacheinander Materialschichten aufgetragen werden, so dass ein fertiges Produkt entsteht. Beim 3D-Druck handelt es sich um eine additive Fertigungstechnologie, bei der Metallmaterialien verarbeitet werden können, um eine nahezu unbegrenzte Auswahl an Objekten herzustellen. Metallische Werkstoffe sind in Pulver- und Filamentform erhältlich und können mit verschiedenen 3D-Drucktechnologien verwendet werden. Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung komplexer Metallgeometrien, die mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden schwierig oder unerreichbar sind.

Mit dem 3D-Druck von Metallen lassen sich festere und leichtere Teile herstellen als mit herkömmlichen subtraktiven Verfahren wie der maschinellen Bearbeitung. Studien haben gezeigt, dass 3D-gedruckte Metalle viel stärker sein können als Metalle, die mit herkömmlichen Methoden hergestellt werden. Der Metalldruck ist ein hochenergetisches Verfahren, das wesentlich höhere Schmelztemperaturen erfordert als herkömmliche Kunststoffe.

Direktes Lasersintern (DMLS) ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem ein Pulverbett für den Materialdruck verwendet wird und der Metallstaub zu einem fertigen Teil geformt wird. Der Metallstaub wird im Drucker zu einem Formteil geformt. Nach dem Druck können DMLS-Teile elektropoliert werden, um die Oberflächengüte zu verbessern. DMLS-Teile können auch elektropoliert werden, um die Oberflächenbeschaffenheit insgesamt zu verbessern.

Weitere Metall-3D-Druckverfahren im Pulverbett sind: Selektives Lasersintern (SLS), Metalldirektdruck (DMP) und Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Zu den anderen 3D-Metalldruckverfahren gehören Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Direct Energy Deposition (DED) - sowohl Pulver als auch Draht -, Binder Jetting und Bound Powder Deposition (BPD) - auch Bound Powder Extrusion genannt. 

Die Grenzen des Metalldrucks liegen in der Frage, ob das Metallpulver effektiv zu Objekten gebunden werden kann, und in der Produktverfügbarkeit.

Edelstahl (SS) ist eine beliebte Metalllegierung, die aus Stahl, Chrom und anderen Elementen besteht und für ihre Festigkeit, Haltbarkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt und ist in der Luft- und Raumfahrt, der Öl- und Gasindustrie, der Lebensmittelindustrie und dem Gesundheitswesen beliebt. Das Material ist zwar etwas teuer, aber preiswerter als Titan und Nickel. Tests haben gezeigt, dass 3D-gedruckte Edelstahlteile 2 bis 3 Mal so stark sind wie Stähle, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt werden. 

Im Folgenden werden die für den 3D-Druck von Edelstahllegierungen am häufigsten verwendeten Materialien, Materialtypen und Technologien vorgestellt:

Gängige Materialien:

316L
17-4GPH
15-5 PH

Materialarten:

Pulver
Filament

Gängige 3D-Drucktechnologien:

Direktes Laser-Sintern (DMLS)
Binder Jetting
Direkte Metallabscheidung (DMD)

Inconel 625 ist eine Superlegierung auf Nickel-Chrom-Basis, die hohen Temperaturen, Belastungen und rauen Umgebungen (einschließlich Chlorid) standhält. Wiederholte Wärmezyklen haben kaum Auswirkungen auf Inconel 625. Aufgrund seiner Festigkeit, Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit ist das Material ideal für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Es wird auch in der Automobilindustrie, der chemischen Verarbeitung und in Offshore-Anwendungen wie der Erdölindustrie eingesetzt.

Die Superlegierung Inconel 625 ist teuer. Aus diesem Grund werden additive Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck den traditionellen subtraktiven Fertigungsmethoden vorgezogen - es entsteht nur wenig Materialverschwendung. Ein weiterer Grund ist, dass die außergewöhnlichen Materialeigenschaften die Bearbeitung extrem erschweren. Glücklicherweise ist es relativ einfach, mit DMLS 3D zu drucken. Direct Energy Deposit und Binder Jetting werden ebenfalls zur Herstellung von Teilen aus Inconel 625 eingesetzt.

Eine neue additive Fertigungstechnologie zur Herstellung von Inconel-Teilen ist die Atomdiffusion. Bei dieser Technologie handelt es sich um ein 3D-Pulverdruckverfahren, das dem FDSM-Druck ähnelt. Nach dem Druck wird das Produkt in einer Entbinderungslösung gewaschen und in einem Ofen gesintert. Der Ofen brennt das Kunststoffbindemittel weg, und die Metallpulver bilden ein robusteres Teil. Das Verfahren ist hochpräzise und eine kostengünstige Alternative zur Herstellung des teuren Materials.

Im Folgenden werden die für den 3D-Druck von Inconel 625 am häufigsten verwendeten Materialien und Technologien vorgestellt:

Gängige Materialien:

Ni625

Materialarten:

Pulver
Filament

Gängige 3D-Drucktechnologien:

Direktes Laser-Sintern (DMLS)
Direkte Energieabscheidung (DED)
Binder-Jetting
Atomare Diffusion