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3D-Druckverfahren für Metall in 3 Schritten

3D-Druckverfahren für Metall eröffnen eine neue Welt an Möglichkeiten für die Fertigung in den Bereichen Technologie und Wirtschaft. Es fallen keine weiteren Ausgaben für Werkzeuge an, was die Kosten pro Teil drastisch senkt und gleichzeitig eine geometrische Freiheit durch additive Verfahren bietet. Zusätzlich ermöglicht der 3D-Druck in Metall eine Automatisierung, da Drucker Teile automatisch aus Konstruktionsdateien herstellen können.


Innovative Hersteller nutzen diese Technologie bereits, um schnell Prototypen aus Metall durch 3D-Druck zu erstellen oder Ersatzteile auf Anfrage zu drucken.


Wie funktioniert das alles? Wir haben den Anwendungsingenieur Tripp Burd gebeten, uns in diesem Video den gesamten 3D-Metalldruckprozess von Markforged zu erklären, der vom Entwurf bis zum funktionierenden Metallteil reicht.

Die drei wichtigsten Schritte im 3D-Druckverfahren für Metall sind Drucken, Waschen und Sintern. In jedem Schritt gibt es einzigartige Bereiche, in denen sich der 3D-Metalldruck von der traditionellen Fertigung unterscheidet.

Schritt 1: Drucken


3D-Druck eines Teils aus Kupfer

Jedes 3D-Druckteil beginnt im CAD-Programm, wo Sie Ihr Teil entwerfen. Dann exportieren Sie es nach STL und laden es in Eiger hoch. Eiger ist ein cloud-basiertes Slicing- und Druckmanagementsystem, das mit jedem Produkt von Markforged geliefert wird. Eiger konfiguriert Ihr Teil automatisch auf der Grundlage des Materials und des Druckers, den Sie für den Auftrag verwenden.


Wenn Eiger Ihr Teil sliced, wird es hochskaliert, um Schrumpfung und Verformung in nachgelagerten Prozessen zu berücksichtigen. Eiger unterteilt Ihr Teil dann in einzelne Schichten, identifiziert überhängende Elemente und baut Supports und eine Platte (Raft) unter Ihr Teil.


Eiger überwacht auch den Fortschritt des Metallteils in jeder Phase des Prozesses. Nachdem der Druck mit einer Drucksoftware vorbereitet wurde, kommt der Metall-3D-Drucker Metal X zum Einsatz.


Vor dem Start eines Druckvorgangs kartiert und nivelliert der Metal X mithilfe eines einzigartigen Verfahrens durch Aufsetzen seiner Düsen automatisch das Druckbett, um sicherzustellen, dass die erste Schicht korrekt gedruckt wird. Der Druck wird aus zwei Materialien hergestellt, die in der beheizten Kammer über dem Drucker gelagert sind. Das erste Material ist das Metall und das zweite ist ein keramisches Trennmittel. Bei diesem Filamentmaterial handelt es sich um Metallpulver, das sicher in einem zweiteiligen Kunststoffbinder integriert ist. Das Filament wird erhitzt und auf die Bauplatte extrudiert, wo das Teil Schicht für Schicht aufgebaut wird. Das Trennmaterial wird als Grenzfläche zwischen dem Teil und dem Support extrudiert, so dass es, sobald Ihr Teil aus dem Ofen kommt, leicht zu entfernen ist.


Markforged 3D-Metalldrucker

Im Gegensatz zu anderen Metall-3D-Drucksystemen verwendet das Metal X-Verfahren kein loses Metallpulver, was zu einem sichereren und kostengünstigeren Arbeitsablauf führt.


Das Markforged Metal X-System ist in der Lage, in Edelstahl 17-4 PH, H13, A2 und D2 Werkzeugstahl, Kupfer und Inconel 625sowie verschiedenen anderen Materialien, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, zu drucken. Der einfache Spulentausch ermöglicht einen schnellen Wechsel zwischen Materialien.


Sobald Ihr Teil fertig gedruckt ist, werden Sie vom Drucker per E-Mail benachrichtigt. Sie können nun zum Drucker gehen, das Teil vom Druckbogen entfernen und das Druckbett leeren.


In dieser Phase liegt das gedruckte Teil als Grünling vor. Im nächsten Schritt wird es für den Entbinderungsprozess in die Wäsche gegeben.


Schritt 2: Waschen


Markforged Wash-1

Im Waschprozess entfernt die Markforged Wash-1 die erste Stufe des Bindematerials. Der Grünling wird aus dem Drucker entnommen und in den Waschkorb gelegt, der dann in das Lösungsmittel eingetaucht wird.


Die Waschzeiten variieren während dieser Phase von einigen Stunden bis zu einigen Tagen, abhängig von der dicksten Stelle Ihres Bauteils. Nachdem das Waschen abgeschlossen ist, erhalten Sie einen Bräunling. Wir gehen dann zum Sinterprozess über.


Schritt 3: Sintern


Ofen zum Sintern von 3D-gedruckten Metallteilen

Durch Sintern wird der Bräunling in ein Vollmetallteil umgewandelt. Dazu wird die Temperatur langsam hochgefahren, um die Reste des verbleibenden Bindematerials wegzubrennen. Wenn die Temperatur sich dem Schmelzpunkt des Materials nähert, verschmelzen die Metallpartikel zu einem festen Metallteil.


Der Markforged Sinter-2 ist ein Ofen, der für mittlere Produktionsvolumen und größere gedruckte Teile ausgelegt ist. Der Sinter-2 und andere Markforged-Sinteröfen verwenden eine kohlenstofffreie Retorte, um sicherzustellen, dass die Normen für die Teilequalität und Legierungszusammensetzung für fertige Teile eingehalten werden.


Jeder Durchlauf dauert etwa einen Tag und kann mit der Eiger-Software aus der Ferne überwacht werden. Sobald ein Durchlauf abgeschlossen ist, kann der Einlegetisch mit den fertigen Metallteilen aus dem Ofen entnommen werden. Nach der Entnahme aus dem Ofen sind diese Teile gebrauchsfertig.


Im Ofen verwandelt sich die Schicht des gedruckten Trennmaterials zwischen Support, Raft und Ihrem Druckteil in Pulver. Auf diese Weise kann das Teil an die Platte geheftet werden, um das Schrumpfen und die Genauigkeit während des gesamten Prozesses besser zu kontrollieren, aber auch ein leichtes Ablösen nach dem Sintern zu ermöglichen.


In diesem Stadium ist Ihr Teil vollständig gesintert und gebrauchsfertig. Es kann je nach vorgesehener Endanwendung nachbearbeitet, poliert oder anderweitig verarbeitet werden. Für viele Anwendungen genügen jedoch die Genauigkeit und Festigkeit des Teils nach diesem Prozess für seine Verwendung.


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Anhand dieses Prozesses können Sie sehen, wie der Metall-3D-Druck eine sichere und kostengünstige Methode der additiven Metallherstellung bietet. Diese Prozesse sind wichtige Innovationstreiber in der schlanken Produktion. Erfahren Sie mehr über die besten Materialien für den Metall-3D-Druck und die Geschichte des 3D-Drucks.

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