Vergleich von 3D-Metall-Drucktechnologien

Metall-Schmelzschichtverfahren ist die zugänglichste und sicherste Technologie der Additiven Fertigung von Metallen auf dem Markt.

Funktionsweise des Metall-Schmelzschichtverfahrens

Dieses Verfahren verwendet ein im Spritzgussverfahren hergestelltes Ausgangsmaterial aus gebundenem Pulver ein (Metallpulver, das in einem wachsartigen Polymer gebunden ist). Außerdem wird ein Entbinderungssystem und einen Sinterofen eingesetzt.

Das Metall-Schmelzschichtverfahren ist ein dreistufiger Prozess. Gebundenes Pulver wird dabei unter hoher Energiezufuhr gesintert, wodurch das 3D-gedruckte Teile mit einem Metallpulvermedium vollständig in ein festes Metall verwandelt wird.

Unterscheidungsmerkmale

• Erschwinglichkeit. Ein FFF-Metalldrucker ist sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb wesentlich günstiger als andere Metalldrucker.

• Sicherheit. Metallisches 3D-Druckerfilament, das aus gebundenem Pulver besteht, ist relativ sicher in der Anwendung. Die Maschinen können mit minimaler Schulung und PSA effektiv genutzt werden.
• Hohe Erstausbeute. Durch die Verwendung eines Massensinterprozesses, der weniger interne Spannungen als selektives Sintern erzeugt, wird eine hohe Erstausbeute erzielt.
• Hohe Materialverfügbarkeit. In Zukunft sollte eine noch umfassendere Kompatibilität erreicht werden. Industrielle 3D-Metalldrucker können auch exotische Metallsorten und Legierungen verwenden.

Überlegungen

• Nicht optimiert für massive Teile. In der Regel drucken die Maschinen Teile mit geschlossenzelliger Füllung. Während im Metall-Schmelzschichtverfahren der Druck massiver Teile möglich ist, kann dies entweder zu längeren Druckzeiten führen oder die Vielfalt der herstellbaren Teile einschränken.
• Endkonturnahe Teile. Während die Nachbearbeitung von Teilen zur Einhaltung enger Toleranzen bei Bedarf möglich ist, werden im Metall-Schmelzschichtverfahren in der Regel endkonturnahe Teile gedruckt.

Aktuelle Aussichten

Das Metall-Schmelzschichtverfahren entwickelt sich rasch weiter, da Geräte noch leistungsfähiger und zuverlässiger werden. Neue Funktionen erweitern ständig die Anwendungsbereiche. Viele Industriezweige erschließen sich mit dem Metall-Schmelzschichtverfahren innovative Anwendungen.

Langfristige Perspektiven

Während das Metall-Schmelzschichtverfahren weiter reift, wird sich die Technologie aufgrund der steigenden Zahl verfügbarer Materialien und Funktionsweisen für immer vielfältigere Anwendungen eignen. Drucker für das Metall-Schmelzschichtverfahren werden aufgrund ihrer Erschwinglichkeit, Zugänglichkeit und Vielseitigkeit bei der Herstellung komplexer Metallteile zu einem festen Bestandteil von Fertigungsstätten werden.

Funktionsweise der Pulverbettfusion

Ein auf einer Vorrichtung montierter Laser verfolgt exakt den Weg einer bestimmten Schicht und verschmilzt das Metallpulver miteinander.

1. Ein Pulververteilungssystem legt eine neue Schicht mit losem Pulver über das zu formende Teil.

2. Der Laser verschmilzt die nächste Schicht und der Vorgang wird wiederholt.

3. Nach dem Drucken werden die Teile entpulvert und bei Bedarf nachbearbeitet.

Unterscheidungsmerkmale

• Kann Sonderanfertigungen drucken. Dazu gehören äußerst komplexe Geometrien, große Teile und große, vollständig dichte Teile.
• Ausgereifte Technologie. Infolgedessen ist eine große Materialauswahl verfügbar und zahlreiche Unternehmen der Branche bieten eine große Auswahl von Maschinen an.

Überlegungen

• Preis. Das Pulverbettschmelzen ist nach wie vor teuer und die Kosten für die Anschaffung und Installation der 3D-Metalldrucker für diese Technologie liegen in der Regel bei über 500.000 US-Dollar.
• Betrieb. Erfordert einen geschulten Bediener, großen abgeschotteten Platz in der Produktionshalle und teure persönliche Schutzausrüstung (PSA) sowie Änderungen an der Produktionsanlage. Diese erhöhen die Kosten für den Metall-3D-Druck.
• Annäherung für präzise Teilen. Komplexe 3D-gedruckte Metallteile erfordern viele Iterationen, um einen erfolgreichen und genauen Druck zu erhalten. Der Prozess führt zu internen Spannungen, die Risse und Verformungen verursachen können. Sobald die Druck- und Designparameter jedoch gefunden wurden, können qualitativ hochwertige Teile gedruckt werden.

Aktuelle Aussichten

Die Pulverbettfusion ist nach wie vor Marktführer der Metall-3D-Druckindustrie. Es gibt eine kleine Anzahl führender Branchenakteure, die erweiterte Funktionen bereitstellen, während eine Gruppe von Neueinsteigern versucht, eine bestimmte Nische zu füllen oder eine kostengünstigere Lösung anzubieten. Branchen, die für hochspezialisierte und leistungsfähige Anwendungen bekannt sind, haben die Pulverbettfusion zuerst in ihren Unternehmen eingeführt. Dazu gehören die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Medizintechnik.

Langfristige Perspektiven

Voraussichtlich wird eine breitere Akzeptanz zu noch innovativeren Anwendungen der Pulverbettfusion führen. Je mehr Industriezweige die 3D-Metalldrucktechnologie nutzen, desto mehr unterschiedliche Anwendungsbereiche werden entstehen. Der zunehmende Wettbewerb wird dazu beitragen, dass mehr Maschinen verfügbar sein werden.

Binder Jetting verwendete spezielle flüssige Polymerbinder, um Teile durch Verkleben von losem Metallpulver zu fertigen. Dieses Verfahren erzeugt leicht gebundene Teile, die dann in Chargen gesintert werden. Binder Jetting ist eine relativ neue Technologie, die großes Potenzial besitzt und zukünftig eine große Rolle spielen kann.

Funktionsweise

Binder Jetting erfolgt in zwei Schritten mit losem Pulver und Sintern nach dem Drucken:

1. Während des 3D-Metalldrucks platziert ein Druckkopf, der dem eines Tintenstrahldruckers ähnelt, ein spezielles Bindemittel präzise auf ein Bett aus Metallpulver. Nach jeder gedruckten Schicht legt das Gerät ähnlich wie bei der Pulverbettfusion neues Pulver ab und wiederholt den Druck- und Verteilungsprozess, bis ein Teil gefertigt ist.
2. Das zerbrechliche Teil wird zuerst sorgfältig entpulvert und dann gesintert. Dabei wird das Bindemittel verbrannt und das Teil zu einem Teil aus reinem Metall verschmolzen.

Unterscheidungsmerkmale

• Schnelle Druckgeschwindigkeiten. Der Druckprozess ist extrem schnell und es lassen sich viele Teile gleichzeitig fertigen.
• Präzision. Präzise Tintenstrahlköpfe eignen sich gut für die Herstellung komplexer Teile und komplizierter Merkmale.

Überlegungen

• Sicherheit und Handhabung. Die Verwendung des losen Pulvers ist mit Sicherheits- und Handhabungsproblemen verbunden.
• Preis. Die Anschaffungskosten betragen mindestens 300.000 US-Dollar. Preise können bis zu 2 Millionen Dollar betragen.
• Poröse Teile. Bis jetzt konnte dieses Verfahren noch keine Teile mit zuverlässigen und wiederholbaren mechanischen Eigenschaften in großem Maßstab fertigen.
• Beschränkungen bezüglich Größe und Design der Teile. Über die Größe und Komplexität der Teile, die Binder Jetting-Geräte effektiv herstellen können, ist noch Vieles unbekannt.
• Haltbarkeit von Grünlingen. Nach dem Druck ist die Festigkeit des 3D-gedruckten Metalls sehr gering, was sich möglicherweise auf den Durchsatz und die Verwendbarkeit der Teile auswirkt .
• Wiederholbarkeit. Noch ist nicht sichergestellt, ob sich mit dieser 3D-Drucktechnologie Metallteile präzise und wiederholbar drucken lassen.

Aktuelle Aussichten

Binder Jetting ist eine Technologie, die sich noch in der Entwicklung befindet. Bisher gibt es nur wenige Hersteller, die sie nutzen. Während große Unternehmen in diese Technologie investieren, gibt es derzeit nur sehr wenige Nutzer.

Langfristige Perspektiven

Einige Branchenanalysten sagen vorher, dass Binder Jetting die Zukunft der Massenproduktion beim 3D-Metalldruck sein könnte. Diese Prognosen hängen jedoch davon ab, ob die Hersteller Antworten auf die wichtigsten technischen Fragen finden, mit denen das Verfahren konfrontiert ist.