3D-Druck mit Metall

In letzter Zeit wurde viel über den 3D-Druck von Metallen wie Stahl und Bronze geredet – aber wie funktioniert das? Der 3D-Druck mit Metall hat eine Vielzahl von Anwendungen in Branchen wie Schmuck, Medizin, Zahnheilkunde und Produktion. Obwohl sich die meisten dieser Anwendungen auf Anwendungsfälle in Unternehmen konzentrieren, gibt es Unternehmen, die daran arbeiten, Verbrauchern den 3D-Druck mit Metall auf ihren Desktop-Druckern zu ermöglichen. Hier erfahren Sie, wie die Technologie hinter dem 3D-Druck von Metall funktioniert:

3D Drucker

Top 3 Methoden für den 3D-Druck mit Metallteilen

1. Metall Binder Jetting

Das 3D-Drucken mit Metall beginnt wie jedes andere Druckverfahren – mit einem beeindruckenden 3D-Design und einem Slicer, der dem Drucker mitteilt, wo der Druckkopf Material ablegen soll. Anstatt Kunststoff zu extrudieren, wird jedoch Metallpulver in dünnen Schichten aufgetragen oder aufgerollt, und auf jede Schicht wird ein klebstoffartiges Bindemittel aus dem Druckkopf ausgestoßen. Die abwechselnden Schichten aus Pulver und Bindemittel verschmelzen miteinander und beginnen sich nach oben zu bilden, um das Objekt zu erzeugen. Einige Drucker haben Überkopfheizungen, die die Schichten weiter trocknen lassen und die Binderlösung das Pulver in den Bereichen, in denen es abgeschieden wurde, schmelzen lassen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle Schichten des Objekts von unten nach oben vollständig sind. Dieser Vorgang kann mehrere Stunden dauern.

Das Pulver um Ihren Entwurf herum, das nicht verschmolzen ist, dient als Träger und wird vom Modell getrennt, sobald es fertig ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Modell ziemlich zerbrechlich, da es größtenteils mit Luft gefüllt und sehr porös ist. Sie können das fertige Modell dann in einen Aushärteofen legen, wo es 24 Stunden lang bei 350 Fahrenheit aufbewahrt wird. Diese Hitze verdampft jegliche Feuchtigkeit und härtet den Klebstoff aus, der die Metallpulverschichten miteinander verbindet. Nachdem es vollständig ausgehärtet und abgekühlt ist, kann es mit Material wie Bronzefüllstoff gefüllt werden, das dem Modell Festigkeit verleiht. Ohne die Innenseite mit einer anderen Metallsubstanz zu füllen, ist das Modell immer noch recht schwach und wird für die Herstellung von Funktionsteilen nicht empfohlen. Das Bindemittelstrahlen erlaubt Farbdrucke und funktioniert auch mit Polymeren und keramischem Material. Das Verfahren ist im Vergleich zu anderen additiven Herstellungsmethoden ziemlich schnell, aber die Nachbearbeitung kann viel Zeit in Anspruch nehmen.

2. Laser Powder Bed Fusion

Der Prozess des Laser Powder Bed Fusion ist dem Metallbindemittelstrahlen sehr ähnlich, außer dass statt eines Bindemittels, das zum Verschmelzen von Metallpulverschichten aufgebracht wird, ein Hochtemperaturlaser oder Elektronenstrahl verwendet wird. Der Laser erhöht die Temperatur des Pulvers in den Bereichen, in denen die Konstruktion gebaut wird, wodurch das Metallpulver verschmolzen und eine feste Schicht erzeugt wird. Dieser Prozess setzt sich fort, bis das gesamte Modell fertig ist! Die Pulverbettverschmelzung kann mit einer von mehreren verschiedenen Techniken durchgeführt werden, darunter Selektives Lasersintern (SLS), Selektives Laserschmelzen (SLM), Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Was ist also der Unterschied zwischen all diesen Methoden?

  • Selektives Lasersintern (SLS): Verwendet einen Laser, um Schichten von Metallpulver miteinander zu verschmelzen.
  • Selektives Laserschmelzen (SLM): Geht einen Schritt weiter als das Zusammenschmelzen des Pulvers und schmilzt das Pulver tatsächlich auf. Dies funktioniert gut mit Verbundwerkstoffen, die aus einem Material wie Reintitan oder Stahl bestehen, im Gegensatz zu vielen, die wie die meisten Kunststoffe miteinander vermischt werden.
  • Direktes Metall-Lasersintern (DMLS): Verwendet das gleiche Verfahren wie SLS, wird aber verwendet, wenn es sich auf den Prozess des Sinterns von Metalllegierungen gegenüber Kunststoff, Glas und Keramik bezieht. Wenn Sie mehr über DMLS wissen möchten, hat Spencer Wright, ein Fertigungsguru, seine Erfahrungen mit dem Bedrucken von Titanteilen ausführlich dokumentiert.
  • Elektronenstrahlschmelzen (EBM): Pulverschichten werden mit Hilfe eines Elektronenstrahls zusammengeschmolzen, um Metallpulver zu schmelzen. Für dieses Verfahren sind Stützstrukturen erforderlich. Diese Methode verleiht dem Modell aufgrund der gleichmäßigen Temperatur der Schichten während des Schmelzvorgangs eine hohe Festigkeit.

3. Gezielte Energiedeposition

Bei diesem Verfahren werden zwei verschiedene Arten von Material verwendet – Metalldraht oder Metallpulver. Eine Düse, die sich in mehrere Richtungen (4-5 Achsen) bewegt, extrudiert Metallpulver oder Drahtmaterial Schicht für Schicht. Sobald das Material abgeschieden ist, wird es mit einem Laser- oder Elektronenstrahl geschmolzen. Dieser Prozess setzt sich fort, und das Objekt wird Schicht für Schicht aufgebaut. Obwohl dieses Verfahren in der Regel zur Reparatur und Wartung von vorhandenem Metallmaterial verwendet wird, können damit Objekte von Grund auf neu erstellt werden.

Wann werden Bürodrucker 3D-Metall drucken?

Leider liegen die meisten echten 3D-Drucker aus Metall bei über 250.000 Dollar, was ein hoher Preis für etwas ist, mit dem Sie ein paar Gabeln und Haushaltsgegenstände drucken möchten. Ein Hersteller beschloss, die Dinge selbst in die Hand zu nehmen und einen funktionsfähigen Prototypen eines Desktop-3D-Druckers für Metall für $2 zu bauen. Sein Prototyp verwendet die Galvanik zur Herstellung von Metallobjekten. Ein anderes Unternehmen, MatterFab, arbeitet an einem preisgünstigen 3D-Drucker aus Metall für den Hausgebrauch, der mit Hilfe von Lasertechnologie die Metallpulverschichten zu einem Objekt zusammenschmelzen kann. Sie sind gerade dabei, ihre Prototypen mit frühen Benutzern zu testen, so dass sie der Öffentlichkeit noch nicht zur Verfügung stehen. Es sieht so aus, als gäbe es beim 3D-Metall-Druck für den Schreibtisch eine Innovation, aber noch nichts zu einem vernünftigen Preis, das marktreif ist. Bis dahin macht es sicherlich mehr Sinn, auf eine Spezialdruckereit zurückzugreifen. Diese bieten zahlreiche Möglichkeiten für Drucken und 3D-Drucken. Mit unterschiedlichen Techniken, wie dem Digitaldruck, Siebdruck, Reliefdruck oder Offsetdruck kann eine Spezialdruckerei wie Union Klischee alle möglichen Produkte und Oberflächen und Materialien, nicht nur Papier, bedrucken.

Metallgefüllte 3D-Filamente

Ok, Sie können also vielleicht noch nicht zu Hause mit Metall 3D-Drucken, aber es gibt eine Reihe von Unternehmen, die FDM-kompatible Filamente herstellen, die mit Metallpulver getränkt werden, wodurch das Aussehen und einige der physikalischen Eigenschaften von Metall erhalten bleiben.

Da die Basis der meisten Metallfilamente aus PLA oder ABS besteht, können Sie damit problemlos auf Ihrem FDM-Drucker drucken. Bevor Sie jedoch beginnen, gibt es einige Dinge zu beachten. Das Metallpulver, das diesen Filamenten beigemischt wird, ist grobkörniger als herkömmliche Filamente und kann sich an Ihrer Druckerdüse stärker abnutzen, je nachdem, aus welcher Art von Material Ihre Düse besteht.  Dieser Verschleiß an Ihrer Düse kann den Durchmesser Ihrer Düse vergrößern, was bedeutet, dass sie öfter ausgewechselt werden muss. Um dies zu vermeiden, empfehlen wir verschleißfeste Düsen aus Messing mit einer verschleißfesten Beschichtung auf der Oberseite. Wenn Sie am 3D-Druck mit Metall interessiert sind, ist dies definitiv eine erschwingliche Alternative zum Kauf eines 3D-Druckers aus Metall. 

Mit dem Fortschritt dieser Technologie werden wir immer mehr verschiedene Filamente mit aufgegossenem Material sowie Fortschritte bei der 3D-Druckhardware zur Unterstützung dieser neuen Filamente sehen.