Der 3D-Metalldruck ist eine besondere Art des Rapid Prototypings, der kurzfristigen Herstellung von Prototypen und Vorserien aus Metall. Wir verwenden hauptsächlich hochwertige Edelstahlpulver der Legierung 1.4404 (316L)mit Korngrößen um 20 µm, es ist aber auch Werkzeugstahl der legierung 1.2709 einsetzbar.
Die Besonderheit von LaserJob Rapid.3D ist die Herstellung von Werkstücken mit besonders komplexen und filigranen Geometrien, mit Hohlräumen und Kanälen im Sub-mm-Bereich. Hierzu sind Säulen- und Wandstärken bis hinab zu 100 µm erforderlich, welche wir mit unserer TruPrint 1000 erzeugen können.
Bauteile die aufgrund ihrer Komplexität mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand hergestellt werden können, sind prädestiniert für den 3D-Metalldruck.
Viele Bauteile die bisher mit herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt wurden, können durch Änderung der Konstruktion im 3D-Metalldruck material- und gewichtsoptimiert hergestellt werden, was nicht nur in der Luft- und Raumfahrt von großem Vorteil ist, sondern in allen Industsriezweigen auf großes Interesse stößt.
Je größer die Stückzahl pro Bauplatte, desto geringer sind die Druckkosten und anteiligen Rüstkosten pro Stück. Kleine und besonders filigrane Bauteile sind daher besonders interessant für die wirtschaftliche Betrachtung des 3D-Metalldrucks.
Der 3D-Metalldruck bietet jedem Konstrukteur eine enorme Konstruktionsfreiheit und fast unbegrenzte Möglichkeiten, hochkomplexe Bauteilgeometrien zu realisieren und gleichzeitig Material einzusparen. Hinzu kommen die extrem kurzen Herstellungszeiten für Prototypen, die im 3D-Metalldruck statt in Wochen in Stunden gemessen werden. Dies ermöglicht eine schnellere Qualifizierung und Optimierung der Prototypen und somit reduzierter Kosten- und Zeitaufwand bis zur Produkteinführung.
Wir verwenden eine TruPrint 1000 von Trumpf mit einer 100mm-Druckplatte im Durchmesser und Bauraumhöhe von 100 mm. Damit sind wir in der Lage, besonders filigrane Strukturen mit Säulen- und Wandstärken bis zu 100 µm in größerer Stückzahl zu drucken.
Die Lieferzeit im 3D-Metalldruck wird durch drei Faktoren bestimmt: Die Komplexität der Datenaufbereitung, die Druckzeit und den Aufwand für die Nachbearbeitung. Geht man von geeigneten 3D CAD-Daten und geringem Nachbearbeitungsaufwand aus, so benötigen wir für das lieferbereite Bauteil ca. 3-5 Arbeitstage.
Grundsätzlich kommt der 3D Metalldruck dort zur Anwendung, wo bisher schon Bauteile aus Metall oder Metalllegierungen verwendet wurden, also z.B. im Werkzeug -, Maschinen- und Formenbau, der Elektroindustrie, der Automobilindustrie als auch im Medizinbereich oder in der Luft-& Raumfahrt. Die Anwendungen bzw. der Einsatz des 3D Bauteils lassen sich in erster Linie auf die Eigenschaften des Metalls zurückzuführen. Das sind zum einen die Korrosionsbeständigkeit, hohes Elastizitätsmodul, keine statische Aufladung und gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit. Der 3D-Metalldruck findet überall dort Anwendung, wo Bauteile mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand hergestellt werden können.
Wir haben Muster mit unserer Anlage produziert und von einem unabhängigen Labor die mechanischen Kennwerte an Hand der Zugproben ermitteln lassen.
Die Werkstoffparameter wurden mit unserer Edelstahllegierung 1.4404 an den gedruckten Zugproben gemessen.
Zugversuche nach DIN EN ISO 6892-1/B
Probe d0[mm] L0[mm] E-Modul [µPa] RP0,2[MPa] Rm[MPa] A[%] Z[%]
Dichteermittlung
Probe g/cm³ g/cm³ g/cm³
1/2/3 7,989 7,967 8,095
Härteprüfung
Probe HB HB HB
1/2/3 215,12 214, 25 214,25
chem. Element Gew. % Min Gew. % Max Gew. % Charge*
C Kohlenstoff - 0,03 0,02
Cr Chrom 16,00 18,00 17,80
Fe Eisen - Bal Bal
Mn Mangan - 2,0 1,34
Mo Molybdän 2,0 3,0 2,32
N Stickstoff - 0,1 0,09
Ni Nickel 11,00 13,00 12,8
O Sauerstoff - 0,10 0,02
P Phosphor - 0,025 0,011
S Schwefel - 0,010 0,004
Si Silicium - 1,00 0,64
Cu Kupfer - 0,5 <0,1
*typisches Beispiel einer Charge
Beide Verfahren bauen auf dem gleichen Prinzip auf. Nämlich Bauteile oder Komponenten herzustellen, die entweder auf Metallpulver oder auf Kunststoffen basieren, die schichtweise aufgebaut werden und mit Hilfe von Lasern verschmolzen bzw. gehärtet werden. Welches Verfahren zur Anwendung kommt, hängt in erster Linie vom Einsatzzweck des Bauteiles ab. Dabei spielen die Statik, die Verformbarkeit, die Haltbarkeit und die Belastbarkeit des Werkstückes eine entscheidende Rolle.
Dies liegt in der schier unbegrenzten Designfreiheit begründet. Mit dem 3D-Metaldlruck können hochkomplexe Strukturen realisiert werden, mit Hohlräumen, Überhängen und Hinterschneidungen. Es können Bauteile realisiert werden, die mehrere Funktionen gleichzeitig beinhalten, wo früher zwei Werkstücke notwendig waren, braucht man heute unter Umständen nur noch eines. Es wird Material eingespart mit Hilfe von Gitter- und Stützstrukturen ohne die Stabilität zu beeinträchtigen. Wo Material eingespart werden kann, entstehen neue Möglichkeiten für weitere Designoptimierungen.
Im Prinzip ja. Es kann nahezu jeder Form oder Struktur mit Hilfe des 3D Druckers hergestellt werden. Die Frage ist, aus welchem Material die Gussform bestehen soll, Metall, Kunststoff oder Keramik etc., danach richtet sich auch welcher Drucker zum Einsatz kommt.
Für den Hersteller von 3D Metallteilen kann der Prozess gesundheitsgefährlich werden, wenn einige Grundvoraussetzungen und -regeln nicht beachtet und eingehalten werden. Für den Anwender ist es jedoch unbedenklich. Dies ist zum einen der Umgang mit dem Metallpulver, dabei handelt es sich um feine Metallpartikel und –stäube die beim Einatmen gesundheitsgefährlich sind. Feinstäube aus Metall können explosiv sein und müssen entsprechend vorsichtig unter Schutzmaßnahmen gehandhabt und gelagert werden. Es sind grundsätzlich die Sicherheitsmaßnahmen der Hersteller für das Metallpulvers als auch der Anlage zu beachten.
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