Leitfaden zu Materialien für den 3D-Druck: Metalle

Der 3D-Metalldruck ist eine der am schnellsten wachsenden fortschrittlichen Fertigungstechnologien der Branche. Laut einem von Grand View Research veröffentlichten Bericht wurde der weltweite Markt für diesen Prozess im Jahr 2022 auf 6,36 Milliarden US-Dollar geschätzt. Darüber hinaus wird erwartet, dass der Sektor bis jetzt eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 24,2 % verzeichnen wird und 2030. Dieser Anstieg ist teilweise auf die große Vielfalt an Materialien zurückzuführen, die mit dieser Technologie kompatibel sind. Ob es darum geht 3D-Drucker die Systeme nutzen Pulverbettfusion, DED, EBM oder sogar Metallextrusion, die Möglichkeiten dieser Materialien sind nahezu grenzenlos. In diesem umfassenden Ratgeber stellen wir die im 3D-Druck am häufigsten verwendeten Metalle und deren Eigenschaften vor.

Aluminium

Dieses Material bietet einen hervorragenden Kompromiss zwischen Leichtigkeit und Festigkeit. Es ist nicht nur korrosionsbeständig, sondern auch schweißbar. Im Vergleich zu Stahl ist es weniger widerstandsfähig und empfindlicher gegenüber hohen Temperaturen. Es wird hauptsächlich in Bereichen eingesetzt, in denen das Gewicht von entscheidender Bedeutung ist, beispielsweise in mechanischen Teilen von Rennwagen, in der Luft- und Raumfahrt, bei Fahrrädern usw. Es liegt selten in reinem Zustand vor und wird häufiger in Form einer Legierung mit Metallen gefunden, die seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften verbessern, wie etwa Silikon und Magnesium. Ein typisches Beispiel ist Aluminium AISi10Mg, das vom deutschen Hersteller EOS in Pulverform vertrieben wird. Dies ermöglicht die Herstellung massiver, komplexer Teile.

Aluminiumlegierungen

Wie oben erwähnt, kommen Aluminiumlegierungen häufiger in reiner Form vor und werden traditionell in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt. Darüber hinaus weisen sie ein hohes Festigkeits-/Gewichtsverhältnis auf und weisen eine gute Beständigkeit gegen Beanspruchung und Metallkorrosion auf.

Stahl

Als eines der am häufigsten verwendeten Metalle in der Branche für die Herstellung von Ersatzteilen ist es keine Überraschung, dass Stahl das erste Metall war, das im 3D-Druck verwendet wurde. Innerhalb dieser Gruppe finden wir zwei Arten: Edelstahl und Maragin-Werkzeugstahl. Edelstahl wird im täglichen Leben, im Maschinenbau und in der Medizin häufig verwendet. Es verfügt über gute metallische Eigenschaften und erzeugt eine glänzende, glänzende Oberfläche. Mehrere Hersteller in der 3D-Branche bieten dieses Material an, darunter EOS, ProMetal und Desktop Metal. Zu seinen Eigenschaften gehören: Härte, Zugfestigkeit, Formbarkeit und Schlagfestigkeit. Es ist auch möglich, Teile in Bronze oder Gold zu drucken, wobei Edelstahl als Grundmaterial verwendet wird. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Edelstahlpulverschichten beim Drucken mit Bronze-Injektionskleber beschichtet werden. Andererseits hat EOS den Maraginstahl MS1 entwickelt, der aufgrund seiner Festigkeit und Bruchfestigkeit im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt wird.

Kupferlegierungen

Kupfer ist ein weiteres Metall, das in verwendet wird additive Fertigung. Zu seinen Eigenschaften zählen hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Duktilität (plastische Verformung ohne Bruch) und Formbarkeit (Druckverformung). Kupfer ist sowohl in Filament- als auch in Pulverform für den 3D-Druck erhältlich. Aufgrund seiner Eigenschaften eignet sich dieses Metall ideal für Anwendungen im Wärmemanagement und in der Elektrotechnik (Induktoren, Elektroden, Wärmetauscher usw.) sowie für den Werkzeug- und Gerätebau. Einige der häufigsten Legierungen sind: CuNi2SiCr, CuCrZr, CuCP, Cu.

Gallium

Als Legierung wird Gallium mit 25 % Indium verwendet. Das Besondere an dieser Legierung ist, dass sie nicht nur bei einer niedrigen Temperatur von 29,7 °C (85,46 °F) schmelzen kann, sondern dass die beiden Metalle auch bei Kontakt mit Luft erstarren, während das Innere flüssig bleibt, was das Pressen begünstigt. Der Preis bleibt das Haupthindernis, wenn Sie dieses Material verwenden möchten.

Titan

Titan ist dank seiner hervorragenden Kombination aus Festigkeit und Gewicht, Biokompatibilität und hoher Korrosionsbeständigkeit das Flaggschiff der Medizin- und Luftfahrtbranche. Alle Titansorten weisen eine extreme Korrosionsbeständigkeit, Duktilität und Schweißbarkeit auf, obwohl die erste Sorte etwas weniger bearbeitbar ist als die Sorten zwei, drei und vier. Grad vier ist am widerstandsfähigsten. Der 3D-Druck erleichtert die Herstellung von Titanteilen und vermeidet die Verunreinigungen, die bei herkömmlichen Techniken während der Schweißphase entstehen. Ein wesentlicher Nachteil dieses Materials sind jedoch seine hohen Kosten, die etwa 50-mal höher sind als die von Stahl.

Titanlegierungen

Titanlegierungen weisen wie Aluminiumlegierungen bessere mechanische und chemische Eigenschaften auf. Die Ti6Al4V-Legierung ist die am häufigsten verwendete Legierung und macht dank ihres guten Gleichgewichts zwischen mechanischer Festigkeit, Duktilität, Ermüdungsbeständigkeit und Bruchzähigkeit 56 % des gesamten Titanmarktes aus. Diese Metalle werden in der additiven Fertigung zur Herstellung einer breiten Palette industrieller Komponenten verwendet, darunter Bleche, Verbindungselemente, Ringe, Scheiben und Behälter. Titanlegierungen werden auch zur Herstellung von Hochleistungsmotorenteilen für Kraftfahrzeuge wie Getrieben und Pleueln verwendet.

Kobalt-Chrom

Drucken Sie mit Technologien EBM und DMLS weisen Kobaltlegierungen eine bessere Qualität auf als solche, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren wie Feinguss hergestellt werden. Kobalt-Chrom-Legierungen wie CoCrMo werden wie Titanlegierungen in der Medizin häufig zur Herstellung von Prothesen sowohl im orthopädischen als auch im zahnmedizinischen Bereich verwendet (aufgrund ihrer Steifigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsfreiheit). Darüber hinaus werden in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie einige hochhitzebeständige Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen verwendet. EOS bietet MP1- und SP2-Kobalt-Chrom-Legierungen an, die gegen hohe Temperaturen bis zu 600 °C (1.112 °F) beständig sind. Arcam hingegen vermarktet ASTM F75, das häufig für die Herstellung von Werkzeugen und Formen verwendet wird.

Legierungen auf Nickelbasis

Nickel ist ein unglaublich vielseitiges Material, das in Pulver- oder Filamentform erhältlich ist und mit anderen Metallen verbunden werden kann. Nickel-Chrom-Superlegierungen wie Inconel 718 und Inconel 625 tragen zur Herstellung starker, korrosionsbeständiger Metallteile bei. Diese Legierungen werden hauptsächlich in der Industrie verwendet Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Petrochemieindustrie, wo sie hohen Belastungen und Temperaturen ausgesetzt sind. Die mechanischen Eigenschaften von Nickelbasislegierungen in der additiven Fertigung, wie z. B. Inconel 625, werden durch die Verwendung erheblicher Mengen an Nickel, Chrom und Molybdän im Metall erheblich verbessert.

Edelmetalle

Wir haben bereits gesehen, dass man Leim hinzufügen kann, um Bronze und Gold in ein Objekt aus gestanztem Stahl zu spritzen. Eine weitere Möglichkeit, mit diesen Metallen zu drucken, ist der Metallguss. Dies ist eine von Hand gefertigte Wachsausschmelzform. Diese Methode wird häufig bei Schmuck und der Herstellung kleiner Gegenstände verwendet. Eines der Probleme und Einschränkungen dieser Gussmethode besteht darin, dass sie die zu vermeidenden feinen Formen berücksichtigen und eine Mindestdicke von 0,8 mm – 1 mm gewährleisten muss, um die Einhaltung der Wände zu gewährleisten. Der Endbearbeitungsschritt ist der Schlüssel für eine gute Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere bei Silberstücken. Schließlich ist es mit Gold möglich, verschiedene Farbnuancen (Rosa, Weiß und Gelb) zu erzielen.

Abschließend ist es wichtig zu beachten, dass es heute möglich ist, die atomare Struktur des Metalls beim 3D-Druck zu verändern. Dies führt zu einer schnelleren und gleichmäßigeren Erstarrung, was zu einem steiferen und festeren Metall führen kann.

Quelle: 3dnatives.com