Metall-3D-Druck, auch bekannt als Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) und Direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) ist eine additive Schichttechnologie. Beim Metall-3D-Druck verwendet ein Metall-3D-Drucker einen Laserstrahl, um 20-60 Mikrometer dicke Schichten aus Metallpulver übereinander zu schmelzen. Das pulverförmige Metall wird über die gesamte Bauplattform verteilt und selektiv mit den vorherigen Schichten verschmolzen. Mit diesem additiven Verfahren können Metallteile aus einem Bett aus Metallpulver hergestellt werden. Das Verfahren ist vergleichbar mit anderen polymerbasierten SLS-3D-Druckern (Selective Laser Sintering), die die Pulverbettschmelze verwenden.

Die erzeugten Teile bestehen aus völlig dichtem Metall mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Es gibt andere 3D-Druckverfahren für Metalle, die ein Bindemittel verwenden, die jedoch keine vollständig dichten Metallteile erzeugen. Mit diesem Verfahren können komplexe Geometrien hergestellt werden, die mit herkömmlichen CNC-Bearbeitungsverfahren nicht möglich sind. Beispiele für 3D-Metallteile sind Formen und Einsätze, Rohrleitungen und Schnellwerkzeuge.

Metallische 3D-Druckmaterialien sind Edelstahl, Kobalt-Chrom, Maraging-Stahl, Aluminium, Nickellegierungen und Titan. Diese Materialien werden im Folgenden detailliert beschrieben.

Metall-3D-Druckmaterialien & Spezifikationen

Metall-3D-Druck ist in der Lage, haltbare Teile aus Metallpulvern herzustellen. Diese Teile können komplex, kompliziert und aufwendig sein, ohne ihre Festigkeit zu verlieren.

Material	Legierungsbezeichnung	Schichten	Härte	Vorteile	Anwendungen
Edelstahl (PH1)	15-5 PH, DIN 1.4540 & UNS S15500	20 oder 40 Mikron Schichten	30-35 HRC gebaut, nachgehärtet auf 40 HRC	Hohe Härte & Festigkeit	Muster-/Produktionsteile
Edelstahl (GP1)	17-4, Europäische 1.4542, Deutsch X5CrNiCuNb16-4	20 oder 40 Mikron Schichten	230 ± 20 HV1 Gebaut, Geschliffen & Poliert auf 250-400 HV1	Hohe Zähigkeit& Duktilität	Technische Anwendungen
Kobaltchrom (MP1)	ISO 5832-4 & ASTM F75	20, 40 oder 50 Mikron Schichten	35-45 HRC gebaut	Hochtemperaturbeständigkeit	Turbinen & Motorenteile
Maraging Steel (MS1)	18% Ni Maraging 300, European 1.2709, German X3NiCoMoTi 18-9-5	20 oder 40 Mikron Schichten	33-37 HRC gebaut, nachgehärtet auf 50-56 HRC	Leicht bearbeitbar & Ausgezeichnete Polierbarkeit	Spritzgießwerkzeuge, Konforme Kühlung
Aluminium AlSi10Mg	Typische Gusslegierung	30 Micron Schichten	Rund 119 ± 5 HBW	Geringes Gewicht, Gute thermische Eigenschaften	Automotive, Racing
Nickellegierung IN718	UNS N07718, AMS 5662, AMS 5664, W.Nr 2.4668, DIN NiCr19Fe19NbMo3	40 Micron Schichten	30 HRC gebaut, nachgehärtet 47 HRC	Hitze & Korrosionsbeständig	Turbinen, Raketen, Luft- und Raumfahrt
Edelstahl (316L)	ASTM F138	20 Mikron Schichten	85 HRB	Korrosionsbeständig &Lochfraßbeständig	Chirurgische Werkzeuge, Lebensmittel & Chemische Anlagen
Titan Ti-64*	ASTM F2924	30 oder 60 Mikron Schichten	320 ± 15 HV5	Leicht, Hochfest & Korrosionsbeständig	Luft- und Raumfahrt, Motorsport
Titan Ti-64 ELI*	ASTM F136 Eigenschaften	30 oder 60 Mikron Schichten	320 ± 15 HV5	Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität	Medizin, Biomedizin, Implantate

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Aluminium AlSi10Mg

AlSi10Mg ist eine typische Gusslegierung mit guten Gusseigenschaften. Dieser Werkstoff wird für Gussteile mit dünnen Wänden und komplexer Geometrie verwendet. Die Legierungselemente Silizium und Magnesium führen zu hoher Festigkeit und Härte. Die Legierung weist auch gute dynamische Eigenschaften auf und wird daher für stark beanspruchte Teile verwendet. Teile aus Aluminium AlSi10Mg sind ideal für Anwendungen, die eine Kombination aus guten thermischen Eigenschaften und geringem Gewicht erfordern.

Aluminium AISi10Mg Eigenschaften

• Hohe Festigkeit
• Härte
• Gute dynamische Eigenschaften

Aluminium AlSi10Mg Anwendungen

• Direkte Herstellung von Funktionsprototypen
• Kleinserien Serien
• Produkte oder Ersatzteile
• Automobilbau
• Maschinenbau
• Motorsport
• Luft- und Raumfahrt
• Prototypenteile für den Aluminiumdruckguss

Kobalt-Chrom-MP1

Kobalt-Chrom-MP1 produziert Teile aus einem KobaltChrom-Molybdän-Basis-Superlegierung. Diese Klasse von Superlegierungen zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften (Festigkeit/Härte), Korrosionsbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit aus. Solche Legierungen werden häufig in biomedizinischen Anwendungen wie zahnmedizinischen und medizinischen Implantaten und auch für technische Hochtemperaturanwendungen wie in Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet.

Cobalt-Chrom MP1 Eigenschaften

• Erhöhte Festigkeit, Temperatur &Korrosionsbeständigkeit
• Verbesserte mechanische Eigenschaften bei erhöhter Temperatur bis zu 500-600 °C
• Entspricht der chemischen Zusammensetzung UNS R31538 der kohlenstoffreichen CoCrMo-Legierung
• Gewährleistet nickelfreie (< 0.1 % Nickelgehalt) Zusammensetzung
• Erfüllt die mechanischen &chemischen Spezifikationen der ISO 5832-4 & ASTM F75 für gegossene CoCrMo-Implantatlegierungen

Kobalt-Chrom-MP1-Anwendungen

• Hochtemperaturanwendungen im Maschinenbau (z. B., Turbinen, medizinische Implantate)

Maraging Steel MS1

Maraging Steel MS1 ist ein martensit-härtbarer Stahl. Seine chemische Zusammensetzung entspricht der US-Klassifizierung 18% Ni Maraging 300, der europäischen 1.2709 und der deutschen X3NiCoMoTi 18-9-5. Diese Stahlsorte zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Festigkeit in Verbindung mit hoher Zähigkeit aus. Die Teile lassen sich nach der Herstellung leicht mit CNC-Fertigungsverfahren bearbeiten und können leicht auf mehr als 50 HRC nachgehärtet werden. Außerdem lassen sie sich hervorragend polieren. MaragingSteel wird u.a. für Werkzeuge und Hochleistungsteile verwendet.

Maraging Steel MS1 Eigenschaften

• Leicht zerspanbar
• Aushärtbar bis ca. 54 HRC
• Gute Wärmeleitfähigkeit

Maraging Steel MS1 Anwendungen

• Serien-Spritzguss für Großserienproduktion
• Werkzeugtechnische Anwendungen (z. B., Aluminiumdruckguss)
• Hochleistungsteile

Edelstahl GP1

Edelstahl GP1 ist ein rostfreier Stahl. Seine chemische Zusammensetzung entspricht der US-Klassifizierung 17-4, der europäischen 1.4542 und der deutschen X5CrNiCuNb16-4. Diese Art von Stahl zeichnet sich durch gute mechanische Eigenschaften aus, insbesondere durch eine ausgezeichnete Duktilität im laserbearbeiteten Zustand, und wird in einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt. Dieses Material ist ideal für viele Anwendungen im Teilebau, wie z. B. funktionale Metallprototypen, Kleinserienprodukte, individualisierte Produkte oder Ersatzteile.

Edelstahl GP1 Eigenschaften

• Gute mechanische Eigenschaften
• Ausgezeichnete Duktilität

Edelstahl GP1 Anwendungen

• Technische Anwendungen einschließlich funktioneller Prototypen
• Kleinserienprodukte
• Individualisierte Produkte oder Ersatzteile
• Teile, die eine hohe Zähigkeit erfordern& Duktilität

Edelstahl PH1

Edelstahl PH1 ist ein rostfreier Stahl. Die chemische Zusammensetzung entspricht den Zusammensetzungen von 15-5 PH, DIN 1.4540 und UNS S15500. Diese Stahlsorte zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus, insbesondere im ausscheidungsgehärteten Zustand. Diese Stahlsorte wird in einer Vielzahl von medizinischen, luft- und raumfahrttechnischen und anderen technischen Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Härte und Festigkeit erfordern. Dieser Werkstoff ist ideal für viele Anwendungen im Teilebau, wie z.B. funktionale Metallprototypen, Kleinserienprodukte, individualisierte Produkte oder Ersatzteile.

Edelstahl PH1 Eigenschaften

• Sehr hohe Festigkeit
• Leicht härtbar bis ca. 45 HRC

Edelstahl PH1 Anwendungen

• Technische Anwendungen einschließlich Funktionsprototypen
• Kleinserienprodukte
• Individualisierte Produkte oder Ersatzteile
• Teile, die eine hohe Zähigkeit erfordern& Härte

Titan Ti64

Titan Ti64 ist eine Ti6Al4V-Legierung. Diese gängige Leichtmetalllegierung zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit einem geringen spezifischen Gewicht und Biokompatibilität aus. Die ELI-Version (extra-low interstitials) hat einen besonders hohen Reinheitsgrad. Titan eignet sich gut für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und im Maschinenbau sowie für biomedizinische Implantate.

Titan Ti64 Eigenschaften

• Leichtes Gewicht mit hoher spezifischer Festigkeit pro Dichte
• Korrosionsbeständigkeit
• Biokompatibilität
• Laser-Sinterteile erfüllen die Anforderungen der ASTM F1472 (für Ti6Al4V) & ASTM F136 (für Ti6Al4V ELI) hinsichtlich der maximalen Verunreinigungen
• Sehr gute Bio-Adhäsion

Titan Ti64 Anwendungen

• Luft- und Raumfahrt &Ingenieurtechnische Anwendungen
• Biomedizinische Implantate

Es ist wichtig, das beste Material für jedes Metall-3D-Druckverfahren auszuwählen. Unser Team bei Fathom kann Ihnen helfen, das am besten geeignete Material für Ihr Projekt auszuwählen. Im Folgenden erläutern wir vier Metall-3D-Druckverfahren des Metall-3D-Drucks.

Der Metall-3D-Druckprozess

Es gibt zwar mehrere Kategorien des Metall-3D-Drucks, aber die grundlegenden Herstellungsmethoden beinhalten alle die Herstellung eines Teils durch Hinzufügen von Material in einer Schicht. Zunächst wird die Baukammer mit Argon oder einem anderen Inertgas gefüllt. Das Gas wird verwendet, um die Oxidation des Metallmaterials zu minimieren. Das Pulvermaterial wird auf die Bauplattform aufgetragen. Dann tastet ein Laser einen Querschnitt des Bauteils ab und verschmilzt die Körner miteinander, um eine Schicht zu erzeugen. Die Bauplattform bewegt sich eine Schicht nach unten, und dann wird eine weitere Schicht Metallpulver hinzugefügt. Der Laser tastet erneut ab, um eine weitere Schicht zu erzeugen. Der Prozess wiederholt sich, bis das Teil fertiggestellt ist. Stützstrukturen aus demselben Material werden verwendet, um das Teil an der Bauplattform zu befestigen. Überschüssiges Pulver wird von dem Teil entfernt und das Teil wird wärmebehandelt. Das Teil wird durch Schneiden, Draht-EDM oder maschinelle Bearbeitung von der Bauplattform gelöst.

Zu den 3D-Druckverfahren für Metall gehören //

• Selektives Laserschmelzen (SLM) //A Laser schmilzt Schichten aus pulverförmigem Metallmaterial in aufeinanderfolgenden Schichten.
• Elektronenstrahlschmelzen (EBM) //Das gleiche Verfahren wie SLM, aber ein Elektronenstrahl ersetzt den Laser.
• Laserauftragsschweißen (LMD) // Ein Metallpulver wird auf ein Basismaterial geschichtet und poren- und rissfrei verschmolzen.
• Metallpulverauftrag (MPA) // Pulverpartikel werden in einem Trägergas beschleunigt und dann mit einem Pulverstrahl auf eine zuvor gedruckte Schicht oder ein Substrat aufgetragen.

Wenn ein Teil mit einem der oben genannten Metall-3D-Druckverfahren hergestellt wurde, wird es nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung kann eine Reihe von Techniken umfassen. Zu diesen Schritten gehören das Entfernen von losem Pulver, das Entfernen von Stützstrukturen und das thermische Glühen. Die Oberflächenqualität kann auch durch Strahlen, Metallbeschichtung, Mikrobearbeitung oder Polieren verbessert werden. Löcher oder Gewinde können durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden.

Die Unterscheidung zwischen den einzelnen Metall-3D-Druckverfahren kann verwirrend sein, da einige der Verfahren sehr ähnlich sind. Einige der häufigsten Fragen zur Terminologie des Metall-3D-Drucks sind: //

Was ist der Unterschied zwischen DMLS und SLM? Beim Direkten Metall-Lasersintern (DMLS) und beim Selektiven Laserschmelzen (SLM) werden Metallpulverpartikel mit einem Laser abgetastet und verschmolzen oder geschmolzen, um sie miteinander zu verbinden und ein Teil schichtweise herzustellen. Bei beiden Verfahren wird Metall in Granulatform verwendet, und beide Methoden sind eine Art 3D-Pulverbettdruck. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Verfahren liegt im Prozess der Partikelbindung. Während beim DMLS Metalllegierungen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten verwendet werden, die sich bei großer Hitze verbinden, werden beim SLM Metallpulver mit einer einzigen Schmelztemperatur verwendet. Sowohl SLM als auch DMLS sind für den industriellen Einsatz und für technische Projekte geeignet.

Was ist der Unterschied zwischen DMLM und DMLS? Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) und direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) sind beides additive Fertigungsverfahren, bei denen Laser eingesetzt werden, um Metallpulver zu schmelzen, so dass die Partikel miteinander verschmelzen. Beim DMLS-Verfahren wird das Metall nur teilweise geschmolzen. Beim DMLM-Verfahren wird das Material vollständig zu einer Flüssigkeit geschmolzen, die dann beim Abkühlen erstarrt. DMLS ist ein Begriff, der für beide Verfahren verwendet werden kann.

Ob Ihr Projekt die DMLS-Technologie oder ein anderes Metall-3D-Druckverfahren verwendet, Sie können ein qualitativ hochwertiges Teil erwarten, das mit einem Metallteil vergleichbar ist, das mit herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt wurde. Die Fähigkeit, starke, komplexe und haltbare Teile herzustellen, ist nur einer der Vorteile des 3D-Drucks von Metall. Es gibt noch weitere Vorteile, die die Nachfrage nach dem 3D-Metalldruck angekurbelt haben. Sprechen Sie noch heute mit einem Experten für Metall-3D-Druck von Fathom über Ihre Möglichkeiten.

Welche Vorteile bietet der Metall-3D-Druck?

Bei der Planung Ihres Metall-3D-Druck-Projekts sollten Sie die folgenden Vorteile im Auge behalten. 3D-Druckobjekte aus Metall haben hervorragende physikalische Eigenschaften. Sie können aus einer breiten Palette von Materialien hergestellt werden, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer zu verarbeiten sind, wie z. B. Superlegierungen aus Metall. Ein 3D-gedrucktes Produkt aus Metall hat eine hohe Leistungsfähigkeit, ist leichter und erfordert weniger Montageteile. Mit dem Metall-3D-Druckverfahren können Unternehmen Teile mit komplexen Geometrien herstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht zu erreichen sind. Eine wachsende Zahl von Branchen nutzt die Vorteile des Metall-3D-Drucks für Innovationen und setzt diese Technologie für eine Reihe von Anwendungen ein.

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Metall-3D-Druck-Anwendungen

Der 3D-Druck aus Metall ist ein beliebtes Herstellungsverfahren, da er das Gewicht des Teils reduzieren und gleichzeitig seine Haltbarkeit und Festigkeit erhöhen kann. Diese Eigenschaften haben sich als vorteilhaft für die Luft- und Raumfahrt, das Gesundheitswesen, die Forschung und Entwicklung, die Automobilindustrie und andere Bereiche erwiesen. DMLS kann für zahlreiche Anwendungen eingesetzt werden, u. a. //

• Funktionale Prototypen
• Direkte digitale Fertigung
• Formen &Einsätze
• Kanalarbeiten
• Schnellwerkzeugbau
• Ersatz Teile
• Starre Gehäuse
• Kühlkörper &Wärmetauscher

Geschichte des 3D-Drucks aus Metall

Die 3D-Drucktechnologie aus Metall gibt es seit den 1980er Jahren. Diese Technologie wird von vielen großen Unternehmen, die an der Entwicklung und Vermarktung beteiligt sind, ständig weiterentwickelt. Die folgende Zeitleiste ist eine Zusammenfassung der Geschichte des 3D-Drucks von Metall //

• 1980 / / Die erste Lasersintermaschine wurde von Dr. Carl Deckard von der University of Texas entwickelt. Diese Maschine wurde zwar für Kunststoffe verwendet, bot aber eine Möglichkeit für den 3D-Druck von Metallen.
• 1986 / / Die Stereolithografie-Technologie wird von Charles Hull erfunden
• 1988 / / Das selektive Lasersintern (SLS) wurde von Carl Deckard erfunden und ebnete den Weg für die Einführung des DMLS.
• 1989 / / Selektives Lasersintern wird von Carl Deckard erfunden
• 1991 / / / Dr. Ely Sachs vom MIT entwickelt das Binder Jetting.
• 1995 / / ExOne lizenziert das Binder Jetting von Metallwerkstoffen.
• 1995 / / Das Fraunhofer Institut in Deutschland patentiert das Schmelzen von Metall durch Laser. Universitäten und das deutsche Unternehmen EOS trugen ebenfalls zur Entwicklung des 3D-Metalldrucks bei.
• 2012 / / Große Unternehmen wie GE, HP und DM begannen, in den 3D-Metalldruck zu investieren.
• 2017 – heute / / Der 3D-Metalldruck entwickelt sich zu einer großen und lukrativen Branche.

Weitere Ressourcen für den Metall-3D-Druck & Referenzen

Lesen Sie diese weiteren Ressourcen, Referenzen und Artikel zum Metall-3D-Druck //

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