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3D-Druck von Metallen (Additive Fertigung)

Die Firma URMA AG in Rupperswil und der Firma Messer Schweiz AG in Lenzburg haben das erste SWISS ADDITIVE MANUFACTURING FORUM erfolgreich durchgeführt.

Die Pressemitteilung zur Veranstaltung finden Sie hier und Impressionen der Veranstaltung hier.

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Der 3D-Druck (häufig auch Additive Fertigung genannt) von Metallen hat sich erst in den letzten Jahren entwickelt, wird aber bereits als eine der Technologien für die Zukunft gesehen.

Als 3D-Druck wird der schichtweise Aufbau von Bauteilen bezeichnet. Dieses Verfahren unterscheidet sich von herkömmlichen Produktionsverfahren dadurch, dass das Bauteil zum Beispiel aus Pulver oder einem Draht direkt erschmolzen wird. Im Bereich der Kunststoffe ist dieses Verfahren bereits weit entwickelt und schon länger im Einsatz.

Im Gegensatz zur konventionellen Fertigung bietet der 3D-Druck Vorteile bei der Produktion komplexer Bauteile. Durch den lagenweisen Aufbau können sehr gut komplexe Strukturen erzeugt werden, die durch eine klassische Fertigung nur schwer oder gar nicht möglich sind. Häufig wird der 3D-Druck für die Herstellung von Einzelstücken oder Kleinserien verwendet.

Die heutigen Verfahren zur additiven Fertigung von Metallen lassen sich nach Werkstoffzufuhr und Energiequelle einteilen.

Energiequelle

 Werkstoffzufuhr

Laserstrahl Elektronenstrahl Lichtbogen /
Plasmastrahl
Ofen
 Pulverbett X X    
 Pulverspritzen X   X  
 Drahtzufuhr X X X  
 Binder       X

 

Pulverbett

Die heute bekanntesten Verfahren arbeiten mit einem Pulverbett. Die Verfahren sind das Laser-Pulverbett-Schmelzen (L-PBF = Laser Powder Bed Fusion) bzw. das Elektronenstrahlschmelzen (EBM = Electron Beam Melting).

Laser-Pulverbett-Schmelzen (L-PBF = Laser Powder Bed Fusion)

 

Pulverspritzen

Für das Spritzen von Pulvern wird ein Trägergas benötigt. Die Verfahren sind das Laser-Metallauftragen (LMD = Laser Metal Deposition) bzw. das Plasma-Pulver-Auftragsschweissen, welches bereits seit vielen Jahren aus dem Bereich des Beschichtens bekannt ist.

Laser-Metallauftragen (LMD = Laser Metal Deposition) Plasma-Pulver-Auftragsschweissen

 

Drahtzufuhr

Diese Verfahren werden aufgrund der verhältnismässig geringen Kosten für das Zusatzmaterial immer häufiger eingesetzt.

Laserauftragsschweissen mit Draht

 

Binder

Metallische Pulver werden mit einem Binder vermischt. Aus diesem Binder wird ein Bauteil Lage für Lage gedruckt. Nach dem Druck wird zuerst der Binder ausgeheizt. Im folgenden Schritt wird das Bauteil bei hoher Temperatur gesintert.

 

Addline - Gase für den 3D-Druck

Beim 3D-Druck werden unterschiedliche Gase verwendet. Beim Druck des Bauteils werden je nach Verfahren Schutzgase, Trägergase und Gase zum Kühlen unterschieden. Welches Gas mit welcher Reinheit benötigt wird hängt bei den meisten Druckverfahren vom Werkstoff ab.

Schutzgas

 Werkstoff

Argon Helium  Stickstoff Argon-
Wasserstoff-
Gemische
 Ferristischer Stahl X X X  
 Austenitischer Stahl, Nickel X X X X
 Aluminium X X X  
 Titan X X    

 

Weiterhin werden Gase für die Nachbehandlung der Bauteile benötigt und bei der Entfernung von Restpulvern eingesetzt. In den meisten Fällen ist ausserdem eine Wärmenachbehandlung nach dem Druckprozess erforderlich. Häufig ist dies ein Spannungsarmglühen, bei dem ein Schutzgas benötigt wird. Auch andere Wärmebehandlungen können nötig werden.