{"id":2278,"date":"2023-10-25T08:07:56","date_gmt":"2023-10-25T08:07:56","guid":{"rendered":"https:\/\/met3dp.com\/?p=2278"},"modified":"2023-10-26T03:22:03","modified_gmt":"2023-10-26T03:22:03","slug":"3d-printing-metal-powder-2024","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/met3dp.sg\/de\/3d-printing-metal-powder-2024\/","title":{"rendered":"3D-Druck Metallpulver"},"content":{"rendered":"

3D-Druck<\/a> mit Metallpulver revolutioniert die Fertigung in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und der Automobilindustrie. Mit dieser fortschrittlichen additiven Fertigungstechnologie k\u00f6nnen komplexe Metallteile direkt aus 3D-CAD-Daten durch selektives Schmelzen von Schichten aus feinem Metallpulver hergestellt werden.<\/p>\n\n\n\n

Dieser umfassende Leitfaden beleuchtet alle Aspekte des 3D-Drucks mit Metallpulver, damit Sie die Technologie und ihre Anwendungen besser verstehen.<\/p>\n\n\n\n

\u00dcberblick \u00fcber den 3D-Druck mit Metallpulver<\/h2>\n\n\n\n

Der 3D-Druck von Metall, auch bekannt als direktes Metall-Lasersintern (DMLS) oder selektives Laserschmelzen (SLM), ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Hochleistungslaser eingesetzt wird, um feines Metallpulver zu festen 3D-Objekten zu verschmelzen.<\/p>\n\n\n\n

Ein 3D-Drucker baut Metallteile Schicht f\u00fcr Schicht aus pulverf\u00f6rmigen Metallmaterialien wie Aluminium, Titan, Nickellegierungen und Edelstahl auf. Die Technologie bietet eine beispiellose Designfreiheit und beeindruckende Materialeigenschaften, die von der herk\u00f6mmlichen Fertigung nicht erreicht werden.<\/p>\n\n\n\n

Wichtige Details zum 3D-Druck mit Metallpulver:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Parameter<\/th>Einzelheiten<\/th><\/tr><\/thead>
Technologie<\/strong><\/td>Pulverbettschmelzverfahren mit Laser zum selektiven Schmelzen von Metallpulver<\/td><\/tr>
Materialien<\/strong><\/td>Aluminium, Titan, Nickel, rostfreier Stahl, Kobalt-Chrom, Edelmetalle<\/td><\/tr>
Hardware<\/strong><\/td>3D-Drucker mit Hochleistungslaser, Pulverbett, Rake-System<\/td><\/tr>
Prozess<\/strong><\/td>Auftragen einer d\u00fcnnen Pulverschicht, selektives Schmelzen mit dem Laser, Hinzuf\u00fcgen von Schichten zur Herstellung von Teilen<\/td><\/tr>
Eigenschaften<\/strong><\/td>Hohe Festigkeit, gleichm\u00e4\u00dfig verteiltes Material, komplexe Innengeometrie<\/td><\/tr>
Anwendungen<\/strong><\/td>Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, Automobilbau, Werkzeugbau, Schmuck<\/td><\/tr>
Vorteile<\/strong><\/td>Designfreiheit, Gewichtsreduzierung, Teilekonsolidierung, Rapid Prototyping<\/td><\/tr>
Beschr\u00e4nkungen<\/strong><\/td>Hohe Ger\u00e4tekosten, begrenzte Gr\u00f6\u00dfe, Nachbearbeitung erforderlich<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Diese additive Fertigungsmethode bietet zahlreiche Vorteile gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen subtraktiven Verfahren wie der CNC-Bearbeitung, z. B. eine gr\u00f6\u00dfere Designfreiheit, die Konsolidierung von Teilen, die schnelle Erstellung von Prototypen und eine erhebliche Gewichtsreduzierung. Die M\u00f6glichkeit, komplexe Metallkomponenten in 3D zu drucken, erm\u00f6glicht wichtige Innovationen in allen Branchen.<\/p>\n\n\n\n

Metallpulver-3D-Druckverfahren<\/h2>\n\n\n\n

F\u00fcr den 3D-Druck von Metallen gibt es mehrere \u00e4hnliche Pulverbettschmelzverfahren:<\/p>\n\n\n\n

Metall-Pulverbett-Schmelzverfahren<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Prozess<\/th>Einzelheiten<\/th><\/tr><\/thead>
Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS)<\/td>Verwendet einen Laser zum selektiven Schmelzen von Metallpulver in einer Inertgasatmosph\u00e4re<\/td><\/tr>
Selektives Laserschmelzen (SLM)<\/td>Sehr \u00e4hnlich wie DMLS, schmilzt Pulver vollst\u00e4ndig zu festen Teilen<\/td><\/tr>
Elektronenstrahlschmelzen (EBM)<\/td>Verwendet Elektronenstrahl anstelle von Laser f\u00fcr h\u00f6here Aufbauraten<\/td><\/tr>
Selektives Laser-Sintern (SLS)<\/td>Sintert Pulver zu einem festen Teil zusammen, ohne vollst\u00e4ndig zu schmelzen<\/td><\/tr>
Direktes Metall-Laserschmelzen (DMLM)<\/td>Ein anderer Begriff f\u00fcr das DMLS-Verfahren<\/td><\/tr>
LaserCUSING<\/td>Von Concept Laser entwickeltes Verfahren<\/td><\/tr>
LASFORM<\/td>Prozess von DMG MORI<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Die am h\u00e4ufigsten verwendeten Technologien sind DMLS und SLM. Bei beiden wird ein leistungsstarker Ytterbium-Faserlaser verwendet, um das Metallpulver vollst\u00e4ndig zu schmelzen und zu verschmelzen, um 3D-Objekte aus CAD-Daten zu erzeugen.<\/p>\n\n\n\n

Der Hauptunterschied zwischen SLM und DMLS besteht darin, dass SLM auf ein vollst\u00e4ndiges Aufschmelzen und dichte Teile abzielt, w\u00e4hrend DMLS Teile mit einer gewissen Porosit\u00e4t zwischen den Pulverpartikeln erzeugen kann. Die Begriffe werden jedoch h\u00e4ufig synonym verwendet.<\/p>\n\n\n\n

Beim Elektronenstrahlschmelzen (EBM) wird anstelle eines Lasers eine Elektronenstrahl-W\u00e4rmequelle verwendet, was eine h\u00f6here Fertigungsgeschwindigkeit erm\u00f6glicht. EBM kann jedoch nur bei leitf\u00e4higen Materialien wie Titan- und Nickellegierungen eingesetzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Beim selektiven Lasersintern (SLS) werden niedrigere Temperaturen verwendet, um das Pulver zu festen Teilen zu verschmelzen, ohne den vollen Schmelzpunkt zu erreichen. Dadurch entstehen por\u00f6sere Metallteile.<\/p>\n\n\n\n

Metallische Werkstoffe f\u00fcr den 3D-Pulverbettdruck<\/h2>\n\n\n\n

Eine Reihe von Metallen und Legierungen kann zu feinen Pulvern verarbeitet werden, die in 3D-Pulverbettdruckverfahren verwendet werden:<\/p>\n\n\n\n

Metalle f\u00fcr den 3D-Pulverbettdruck<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Material<\/th>Einzelheiten<\/th>Anwendungen<\/th><\/tr><\/thead>
Titan<\/td>Hohes Festigkeits-Gewichts-Verh\u00e4ltnis, biokompatibel<\/td>Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate<\/td><\/tr>
Aluminium<\/td>Leichtes Gewicht, hohe Festigkeit<\/td>Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt<\/td><\/tr>
Nickel-Legierungen<\/td>Korrosionsbest\u00e4ndigkeit, hohe Festigkeit<\/td>Luft- und Raumfahrt, Marine<\/td><\/tr>
Rostfreier Stahl<\/td>Korrosionsbest\u00e4ndigkeit, hohe H\u00e4rte<\/td>Industrieller Werkzeugbau, Formen<\/td><\/tr>
Kobalt-Chrom<\/td>Biokompatibel, tr\u00e4gt sich gut<\/td>Zahn\u00e4rztliche, medizinische Implantate<\/td><\/tr>
Edelmetalle<\/td>Schmuck, Haltbarkeit<\/td>Juwelen, Luxusg\u00fcter<\/td><\/tr>
Werkzeugst\u00e4hle<\/td>Hitzebest\u00e4ndigkeit, H\u00e4rte<\/td>Metallumformung, Spritzgussformen<\/td><\/tr>
Legierte St\u00e4hle<\/td>Hohe Festigkeit, Schlagz\u00e4higkeit<\/td>Industrielle Verschlei\u00dfteile<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Die am weitesten verbreiteten Metalle sind Titanlegierungen und Aluminium aufgrund ihres hohen Festigkeits-\/Gewichtsverh\u00e4ltnisses. Inerte Nickellegierungen wie Inconel werden gerne in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Pulver aus rostfreiem Stahl und Werkzeugstahl ergeben haltbare Metallteile mit hervorragender H\u00e4rte und Verschlei\u00dffestigkeit.<\/p>\n\n\n\n

Edelmetalle wie Gold, Silber und Platin erm\u00f6glichen den direkten 3D-Druck von Schmuck und Luxusartikeln. F\u00fcr ma\u00dfgeschneiderte medizinische Implantate werden oft biokompatible Legierungen wie Titan oder Kobalt-Chrom verwendet.<\/p>\n\n\n\n

Metallpulver f\u00fcr AM werden durch Gas- oder Wasserverd\u00fcsung zu pr\u00e4zisen Partikelgr\u00f6\u00dfen hergestellt, die optimal f\u00fcr die Aufl\u00f6sung des Pulverbettdrucks geeignet sind.<\/p>\n\n\n\n

Anwendungen des Metallpulverbett-3D-Drucks<\/h2>\n\n\n\n

Die additive Fertigung von Metallen erm\u00f6glicht die Herstellung komplexer, leichter Teile in der Luft- und Raumfahrt, der Medizin-, Dental-, Automobil- und Industrietechnik.<\/p>\n\n\n\n

Industrieanwendungen f\u00fcr den 3D-Druck im Metallpulverbett:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Industrie<\/th>Anwendungen<\/th>Vorteile<\/th><\/tr><\/thead>
Luft- und Raumfahrt<\/td>Flugzeugkomponenten, Turbinen, Raketenteile<\/td>Gewichtsreduzierung, optimierte Geometrie<\/td><\/tr>
Medizinische<\/td>Orthop\u00e4dische Implantate, chirurgische Instrumente<\/td>Biokompatibel, personalisiert<\/td><\/tr>
Automobilindustrie<\/td>Leichte Teile, kundenspezifische Werkzeuge<\/td>Schnellere Entwicklung, Konsolidierung<\/td><\/tr>
Industriell<\/td>Spritzgussformen, Vorrichtungen, Halterungen<\/td>Optimierte konforme K\u00fchlung<\/td><\/tr>
Schmuck<\/td>Ringe, Anh\u00e4nger, Uhren<\/td>Einzigartige Geometrien, Gold\/Silber<\/td><\/tr>
Zahn\u00e4rztliche<\/td>Kronen, Br\u00fccken, Aligner<\/td>Individuelle Passform, schnelle Produktion<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

In der Luft- und Raumfahrt wird Metall-AM eingesetzt, um leichtere Flugzeugbauteile wie Titanhalterungen und Fahrwerksteile aus Edelstahl mit optimierten Festigkeits-\/Gewichtseigenschaften herzustellen.<\/p>\n\n\n\n

Die Technologie ist ideal f\u00fcr ma\u00dfgeschneiderte medizinische Implantate wie H\u00fcftgelenke, die sich der Anatomie des Patienten anpassen und die Lasten besser verteilen. Der Metalldruck rationalisiert die Automobilherstellung durch die Konsolidierung von Teilen und optimierte Leichtbaukonstruktionen.<\/p>\n\n\n\n

In Branchen wie dem Spritzguss steigern 3D-gedruckte konforme K\u00fchlkan\u00e4le in Werkzeugen die Produktivit\u00e4t erheblich. Juweliere nutzen das Verfahren f\u00fcr einmalige Schmuckkreationen aus Edelmetallen.<\/p>\n\n\n\n

Vorteile des Metallpulverbett-3D-Drucks<\/h2>\n\n\n\n

Vom Prototyp bis zum Endprodukt bietet Metall-AM erhebliche Vorteile gegen\u00fcber konventionellen Fertigungsverfahren wie Zerspanung oder Metallguss:<\/p>\n\n\n\n

Die wichtigsten Vorteile des 3D-Drucks im Metallpulverbett<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Designfreiheit - Erstellen komplexer organischer Formen und interner Gitter, die mit subtraktiven Methoden nicht m\u00f6glich sind<\/li>\n\n\n\n
  • Schnellerer Prozess - Additiver Prozess ohne Werkzeuge, geringer Abfall - direkt vom CAD zum Metallteil<\/li>\n\n\n\n
  • Gewichtsreduzierung - Optimierung der Topologie f\u00fcr leichtere, stabilere Metallkomponenten<\/li>\n\n\n\n
  • Teilekonsolidierung - Kombinieren Sie Baugruppen zu einem einzigen 3D-gedruckten Teil, um Fertigungsschritte zu reduzieren.<\/li>\n\n\n\n
  • Rapid Prototyping - Testen Sie Metallteilkonstruktionen schnell w\u00e4hrend der Entwicklung<\/li>\n\n\n\n
  • Kundenspezifische Teile - Einfaches Anpassen von medizinischen Implantaten und anderen Metallteilen<\/li>\n\n\n\n
  • Hohe Festigkeit - As-printed Metallteile konkurrieren mit traditionellen Methoden wie Gie\u00dfen<\/li>\n\n\n\n
  • Reduzieren Sie Ihren Lagerbestand - Drucken Sie bei Bedarf Metallersatzteile, keine Vorproduktion<\/li>\n\n\n\n
  • Abfallreduzierung - Additives Verfahren hat Materialabfallraten unter 5%<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Die optimierten Eigenschaften von AM-Metallteilen wie konforme K\u00fchlkan\u00e4le in Formen oder komplexe Gitterstrukturen in Implantaten lassen sich nicht durch Fr\u00e4sen oder Gie\u00dfen herstellen.<\/p>\n\n\n\n

    Der 3D-Druck komplexer oder kundenspezifischer Metallteile direkt aus CAD-Daten minimiert auch die Produktionsschritte im Vergleich zu subtraktiven Methoden, die umfangreiche Werkzeugherstellung, Bearbeitung und Montage erfordern. Dies f\u00fchrt zu enormen Zeit- und Kosteneinsparungen und ist daher ideal f\u00fcr die Kleinserienfertigung.<\/p>\n\n\n\n

    Grenzen und Herausforderungen des Metallpulverbettdrucks<\/h2>\n\n\n\n

    Trotz vieler Vorteile gibt es einige Einschr\u00e4nkungen, die bei der Einf\u00fchrung des 3D-Drucks im Metallpulverbett zu beachten sind:<\/p>\n\n\n\n

    Grenzen des Metallpulverbett-3D-Drucks<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      \n
    • Hohe Maschinenkosten - Metall-3D-Drucker beginnen bei etwa $100.000. Gro\u00dfe Systeme \u00fcbersteigen $1M<\/li>\n\n\n\n
    • Begrenzte Teilegr\u00f6\u00dfe - Bauvolumen unter 500mm x 500mm x 500mm derzeit<\/li>\n\n\n\n
    • Nachbearbeitung - zus\u00e4tzlicher Arbeitsaufwand f\u00fcr die Entfernung von St\u00fctzen, Oberfl\u00e4chenbearbeitung<\/li>\n\n\n\n
    • Anisotropes Material - Mechanische Eigenschaften variieren je nach Bauausrichtung<\/li>\n\n\n\n
    • Ben\u00f6tigte Normen - F\u00fcr die Luft- und Raumfahrt und die Medizintechnik fehlen Pulver- und Prozessnormen<\/li>\n\n\n\n
    • Begrenzte Materialoptionen - Weniger Legierungen verf\u00fcgbar als bei Guss oder MIM-Pulvermetallurgie<\/li>\n\n\n\n
    • Probleme mit der Porosit\u00e4t - Der Prozess kann abh\u00e4ngig von den Parametern kleine innere Hohlr\u00e4ume erzeugen.<\/li>\n\n\n\n
    • Management von unbenutztem Pulver - Handhabung von Metallpulver, Recyclinganforderungen<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      Die Kosten des Druckers und die Beschr\u00e4nkung der Baugr\u00f6\u00dfe k\u00f6nnen die Einf\u00fchrung von Metall-AM auf relativ geringe Produktionsmengen beschr\u00e4nken. St\u00fctzstrukturen und \u00dcberh\u00e4nge der Bauplatte erfordern ebenfalls eine Nachbearbeitung, wie z. B. eine spanende Bearbeitung.<\/p>\n\n\n\n

      Die Entwicklung von Industriestandards f\u00fcr Werkstoffe, Verfahren und Pulverhandhabung schreitet voran, da sich die Anwendung in stark regulierten Sektoren ausbreitet. Derzeit ist nur eine Teilmenge der Metalllegierungen als optimierte vorlegierte Pulver f\u00fcr AM verf\u00fcgbar.<\/p>\n\n\n\n

      Anisotrope Materialeigenschaften, bei denen die Festigkeit in X\/Y- und Z-Richtung variiert, erfordern eine Kompensation in Design und Prozess. Interne Hohlr\u00e4ume oder Porosit\u00e4t m\u00fcssen ebenfalls durch die Wahl der idealen Verarbeitungsparameter gemildert werden.<\/p>\n\n\n\n

      Metall-Pulverbett 3D-Druckverfahren<\/h2>\n\n\n\n

      Beim Pulverbettfusions-3D-Druckverfahren f\u00fcr Metalle werden d\u00fcnne Schichten von Metallpulver aufgetragen und selektiv geschmolzen, um Teile zu erstellen:<\/p>\n\n\n\n

      Metall-Pulver-Bettfusions-3D-Druckverfahren:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      Schritt<\/th>Beschreibung<\/th><\/tr><\/thead>
      1. 3D-Modell<\/td>Das CAD-Modell wird in 3D-Schichten zerlegt<\/td><\/tr>
      2. Streupulver<\/td>Maschine tr\u00e4gt eine d\u00fcnne Schicht (~20-100\u03bcm) Metallpulver auf<\/td><\/tr>
      3. Laserschmelzen<\/td>Hochleistungslaser verschmilzt selektiv Pulver zum Schmelzen der Schicht<\/td><\/tr>
      4. Unteres Bett<\/td>Bauplatte senkt sich, neue Pulverschicht wird aufgetragen<\/td><\/tr>
      5. Wiederholen Sie die Schritte<\/td>Die Schritte 2-4 werden wiederholt, bis der gesamte Teil aufgebaut ist.<\/td><\/tr>
      6. Teil entfernen<\/td>Ungeschmolzenes Pulver tr\u00e4gt Teil, dann entfernt<\/td><\/tr>
      7. Post Prozess<\/td>Zus\u00e4tzliche Reinigung und Oberfl\u00e4chenveredelung<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

      Der Prozess beginnt mit einem 3D-CAD-Modell, in der Regel im STL-Format, das von einer Slicer-Software verarbeitet wird. Diese zerlegt das Modell in Schichten, wobei im Wesentlichen 2D-Profile f\u00fcr jede Schicht erstellt werden, und generiert Bauanweisungen f\u00fcr den Drucker.<\/p>\n\n\n\n

      Der Drucker verteilt mit Hilfe eines Wischersystems eine d\u00fcnne Schicht Metallpulver auf dem Pulverbett. Der Laserstrahl f\u00e4hrt dann \u00fcber die Schicht und schmilzt das Metallpulver entsprechend dem Profil der Schicht selektiv auf.<\/p>\n\n\n\n

      Der Hochleistungslaser verschmilzt die Metallpartikel vollst\u00e4ndig zu einer festen Schicht. Dann senkt sich die Bauplatte, so dass die n\u00e4chste Schicht frischen Pulvers auf die vorherige Schicht aufgetragen werden kann, und der Vorgang wiederholt sich, bis das gesamte 3D-Objekt von unten nach oben aufgebaut ist.<\/p>\n\n\n\n

      Ungesintertes Pulver dient w\u00e4hrend des Drucks als St\u00fctze. Nach dem Druck wird es einfach weggeb\u00fcrstet, um das fertige Metallteil freizulegen. Oft folgt eine Bearbeitung oder Oberfl\u00e4chenbehandlung, um die 3D-gedruckten Oberfl\u00e4chen zu gl\u00e4tten.<\/p>\n\n\n\n

      Pulverbett-Fusionsdrucker Hardware<\/h2>\n\n\n\n

      Spezialisierte Metall-3D-Drucksysteme verwenden die Pulverbettschmelztechnologie zur Verarbeitung von Metallpulvern. Zu den Kernkomponenten geh\u00f6ren:<\/p>\n\n\n\n

      Komponenten f\u00fcr Pulverbett-Schmelzdrucker:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      Komponente<\/th>Beschreibung<\/th><\/tr><\/thead>
      Laser-System<\/td>Hochleistungsfaserlaser ~100-400W zum Schmelzen von Metallpulver<\/td><\/tr>
      Pulverbett<\/td>Metallpulver, das in d\u00fcnnen Schichten \u00fcber dieses bewegliche Bett verteilt wird<\/td><\/tr>
      Pulverspender<\/td>Dosiert und verteilt das Pulver gleichm\u00e4\u00dfig im Bett<\/td><\/tr>
      Pulversammlung<\/td>F\u00e4ngt \u00fcbersch\u00fcssiges Pulver zur Wiederverwendung auf<\/td><\/tr>
      Inertgasfluss<\/td>Versiegelte Kammer, gef\u00fcllt mit Argon oder Stickstoff<\/td><\/tr>
      Platte bauen<\/td>Senkt sich, wenn Schichten aufgedruckt werden<\/td><\/tr>
      Optisches System<\/td>Fokussiert und lenkt den Laserstrahl \u00fcber das Pulverbett<\/td><\/tr>
      Kontrollsystem<\/td>Steuerung von Laser, Optik und Pulverbett in Koordination<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

      Ein leistungsstarker Ytterbium-Faserlaser ist erforderlich, um die Metallpulver vollst\u00e4ndig zu schmelzen und zu dichten Teilen zu verschmelzen. Die Energiedichte und der Fokus des Lasers m\u00fcssen genau gesteuert werden, um ideale Schmelzb\u00e4der und Verbindungen zu erzielen.<\/p>\n\n\n\n

      Der Laser fokussiert bis auf etwa 10 Mikrometer genau auf das Pulverbett, um die Geometrie jeder einzelnen Schicht nachzuzeichnen. Galvospiegeloptiken lenken den Laser pr\u00e4zise \u00fcber das Bett.<\/p>\n\n\n\n

      Das Metallpulver wird mit einem Rakelsystem aus Kartuschen dosiert und gleichm\u00e4\u00dfig in einer Dicke von etwa 20-100 Mikrometern \u00fcber den Druckbereich verteilt. Das Pulver wird von der Vorderseite des Systems dosiert und der \u00dcberschuss wird auf der R\u00fcckseite aufgefangen.<\/p>\n\n\n\n

      Ein inertes Gas wie Argon oder Stickstoff f\u00fcllt die Baukammer, um die Oxidation reaktiver Metalle wie Aluminium oder Titan zu verhindern. Das gesamte System wird von einer speziellen Software gesteuert, die den Laser, das Pulverbett und andere Aktoren integriert.<\/p>\n\n\n\n

      Prozessparameter der Pulverbettschmelze<\/h2>\n\n\n\n

      Die Optimierung der verschiedenen Prozessparameter beim Pulverbettschmelzen ist entscheidend f\u00fcr die Herstellung qualitativ hochwertiger Metallteile:<\/p>\n\n\n\n

      Wichtige Parameter des Pulverbettschmelzverfahrens:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      Parameter<\/th>Typischer Bereich<\/th>Auswirkungen auf die Teilequalit\u00e4t<\/th><\/tr><\/thead>
      Laserleistung<\/td>100-400W<\/td>Beeinflusst die Gr\u00f6\u00dfe des Schmelzbeckens, kontrolliert die Bindung<\/td><\/tr>
      Balkengr\u00f6\u00dfe<\/td>~50-100\u03bcm<\/td>Die Gr\u00f6\u00dfe des Fokuspunkts beeinflusst Aufl\u00f6sung und Pr\u00e4zision<\/td><\/tr>
      Scan-Geschwindigkeit<\/td>Bis zu 10.000 mm\/s<\/td>Schnelleres Scannen beeinflusst thermische Gradienten<\/td><\/tr>
      Abstand zwischen den Luken<\/td>~50-200\u03bcm<\/td>Abstand zwischen den Scan-Spuren, Verdichtung<\/td><\/tr>
      H\u00f6he der Schicht<\/td>20-100\u03bcm<\/td>D\u00fcnnere Schichten verbessern Aufl\u00f6sung und Oberfl\u00e4cheng\u00fcte<\/td><\/tr>
      Puderschicht<\/td>20-50\u03bcm<\/td>Gleichm\u00e4\u00dfigkeit und Dicke der Pulverschicht<\/td><\/tr>
      Temperatur der Bauplatte<\/td>60-200\u00b0C<\/td>Vorw\u00e4rmen reduziert Spannungen und Rollneigung<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

      Die Laserleistung muss hoch genug sein (in der Regel 100 W bis 400 W), um die Metallpulverpartikel vollst\u00e4ndig zu einem festen Teil zu verschmelzen. Eine zu hohe Leistung kann jedoch zu Keyholing-Effekten f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

      Eine schnellere Abtastung des Lasers erh\u00f6ht die Produktionsgeschwindigkeit, kann aber zu mehr Eigenspannungen und Materialanisotropie f\u00fchren. Mit dem Schraffurabstand wird der Abstand zwischen benachbarten Scanspuren festgelegt.<\/p>\n\n\n\n

      D\u00fcnnere Pulverschichten von etwa 20-50 Mikron verbessern die Aufl\u00f6sung, die feinen Details und die Oberfl\u00e4cheng\u00fcte. Das Vorheizen der Bauplatte hilft auch, Spannungen zu reduzieren.<\/p>\n\n\n\n

      Die Optimierung der Parameter ist spezifisch f\u00fcr das Pulvermaterial, die Laseroptik, den Inertgasfluss und andere voneinander abh\u00e4ngige Faktoren. Um die idealen Einstellungen zu w\u00e4hlen, ist eine Feinabstimmung erforderlich.<\/p>\n\n\n\n

      Nachbearbeitungsschritte f\u00fcr Metall-AM-Teile<\/h2>\n\n\n\n

      Nach dem Druck komplexer Metallteile durch Pulverbettschmelzen ist in der Regel eine zus\u00e4tzliche Nachbearbeitung erforderlich:<\/p>\n\n\n\n

      \u00dcbliche Nachbearbeitungsschritte f\u00fcr Metall-AM-Teile:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

        \n
      • Entfernen der Halterung - Entfernen Sie ungesinterte Pulverhalterungen durch Vibration, Strahlen usw.<\/li>\n\n\n\n
      • Thermischer Spannungsabbau - Gl\u00fchen von Teilen, um innere Spannungen aus dem Prozess abzubauen<\/li>\n\n\n\n
      • Oberfl\u00e4chenbearbeitung - Traditionelle Methoden zur Gl\u00e4ttung von Oberfl\u00e4chen wie Fr\u00e4sen, Drehen, Schleifen<\/li>\n\n\n\n
      • Hei\u00dfisostatisches Pressen - Anwendung von hoher Hitze und Druck zur Verbesserung der Materialdichte<\/li>\n\n\n\n
      • W\u00e4rmebehandlungen - Ver\u00e4nderung der Mikrostruktur durch kontrollierte W\u00e4rme- und K\u00fchlzyklen<\/li>\n\n\n\n
      • Oberfl\u00e4chenbearbeitung - Auftragen von Beschichtungen, Polieren von Oberfl\u00e4chen f\u00fcr gew\u00fcnschte Oberfl\u00e4cheneigenschaften<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

        Das St\u00fctzpulver wird sorgf\u00e4ltig durch eine Kombination aus Vibration, Strahlen mit Perlen oder Luft und Absaugen entfernt. Dieses Pulver kann oft gesiebt und wiederverwendet werden.<\/p>\n\n\n\n

        Gl\u00fchende W\u00e4rmebehandlungen tragen zum Abbau von Spannungen bei, die durch die intensive lokale Erw\u00e4rmung beim Laserschmelzen entstehen. Eine zus\u00e4tzliche Oberfl\u00e4chenbearbeitung verbessert die Ma\u00dfgenauigkeit und die Oberfl\u00e4cheng\u00fcte.<\/p>\n\n\n\n

        Bei einigen Anwendungen werden die Teile durch hei\u00dfisostatisches Pressen weiter verdichtet, indem ein hoher gleichm\u00e4\u00dfiger Gasdruck bei erh\u00f6hten Temperaturen angewendet wird. Auf diese Weise wird die Porosit\u00e4t der gedruckten Teile minimiert.<\/p>\n\n\n\n

        Gew\u00fcnschte Materialgef\u00fcge und -eigenschaften k\u00f6nnen durch L\u00f6sungsgl\u00fchen, Altern oder andere auf die Legierung zugeschnittene W\u00e4rmebehandlungen erreicht werden. Zus\u00e4tzliche Oberfl\u00e4chenbearbeitungsschritte wie Polieren und Beschichtungen sorgen f\u00fcr die gew\u00fcnschten Oberfl\u00e4cheneigenschaften.<\/p>\n\n\n\n

        Industrielle Metallpulver f\u00fcr die additive Fertigung<\/h2>\n\n\n\n

        Es wurden spezielle Metallpulver entwickelt, die ideale Eigenschaften wie Flie\u00dff\u00e4higkeit, Packungsdichte und Laserabsorption aufweisen, wenn sie im 3D-Pulverbettdruck verarbeitet werden:<\/p>\n\n\n\n

        Eigenschaften von Metallpulvern und Produktionsmethoden<\/strong><\/p>\n\n\n\n

        Pulvereigenschaft<\/th>Typische Spezifikation<\/th>Produktionsverfahren<\/th><\/tr><\/thead>
        Gr\u00f6\u00dfenbereich<\/td>15-45 \u03bcm<\/td>Gaszerst\u00e4ubung mit Inertgas<\/td><\/tr>
        Morphologie<\/td>Sph\u00e4risch<\/td>Erzeugt einen guten Pulverfluss und eine gute Packung<\/td><\/tr>
        Verunreinigungen<\/td><100 ppm O2<\/td>Beh\u00e4lt die mechanischen Eigenschaften der Legierung bei<\/td><\/tr>
        Scheinbare Dichte<\/td>Bis zu 80% an Materialdichte<\/td>Zeigt an, dass Pulver verpackt und gestreut wird<\/td><\/tr>
        Durchflussmenge<\/td>Hall-Durchflussmesser >15s\/50g<\/td>Sicherstellung einer gleichm\u00e4\u00dfigen Verteilung des Pulvers w\u00e4hrend des Drucks<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

        F\u00fcr eine hohe Druckaufl\u00f6sung, eine gute Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit und angemessene Flie\u00dfeigenschaften ist eine pr\u00e4zise Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung zwischen 15 und 45 Mikrometern erforderlich. Sph\u00e4rische Pulvermorphologien erm\u00f6glichen eine gleichm\u00e4\u00dfige Zuf\u00fchrung und Verteilung des Pulvers \u00fcber das Bett.<\/p>\n\n\n\n

        Die chemische Reinheit ist entscheidend, um die beabsichtigte Leistung des gedruckten Materials zu erreichen. Jede Oxidation oder Verunreinigung kann die Festigkeit und Duktilit\u00e4t verringern.<\/p>\n\n\n\n

        Die Flie\u00dfgeschwindigkeiten werden gem\u00e4\u00df der Norm ASTM B213 mit einem Hall-Durchflusstrichter gepr\u00fcft. F\u00fcr gleichm\u00e4\u00dfige Pulverschichten ist eine gute Sch\u00fcttdichte von \u00fcber 4 g\/cm\u00b3 erforderlich.<\/p>\n\n\n\n

        Gas- und Wasserzerst\u00e4ubung sind g\u00e4ngige Verfahren zur Herstellung von kugelf\u00f6rmigen Metallpulvern, die den Anforderungen der additiven Fertigung entsprechen. Die Pulver werden gesiebt, um eine einheitliche Partikelgr\u00f6\u00dfe zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n

        Auswahl eines 3D-Druckdienstes f\u00fcr Metallpulverbetten<\/h2>\n\n\n\n

        Die Auswahl des richtigen Metall-AM-Dienstleisters ist der Schl\u00fcssel zu qualitativ hochwertigen gedruckten Teilen. Die folgenden Faktoren sind zu beachten:<\/p>\n\n\n\n

        Bewertung und Auswahl eines 3D-Druckdienstes f\u00fcr Metall<\/strong><\/p>\n\n\n\n

          \n
        • Erfahrung - Achten Sie auf jahrelange Erfahrung speziell mit Metall-AM, um die Kompetenz zu bewerten<\/li>\n\n\n\n
        • Materialien - Sicherstellen, dass der Anbieter die erforderlichen Metalle wie Titan, Werkzeugstahl und Edelmetalle anbietet<\/li>\n\n\n\n
        • Teilegr\u00f6\u00dfe - W\u00e4hlen Sie einen Service mit einem Bauvolumen, das den Abmessungen des gew\u00fcnschten Teils entspricht.<\/li>\n\n\n\n
        • Qualit\u00e4tsprozesse - sollten in allen Phasen strenge Qualit\u00e4tskontrollprotokolle befolgen<\/li>\n\n\n\n
        • Nachbearbeitung - Pr\u00fcfen Sie, ob der Anbieter Nachbearbeitungen wie CNC-Bearbeitung anbieten kann.<\/li>\n\n\n\n
        • Anwendungserfahrung - wichtig f\u00fcr stark regulierte Sektoren wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik<\/li>\n\n\n\n
        • Zertifizierungen - Achten Sie auf ISO- und branchenspezifische Zertifizierungen f\u00fcr Prozesse<\/li>\n\n\n\n
        • Kundenservice - Ein reaktionsschnelles technisches Supportteam ist entscheidend f\u00fcr Design und Anwendungsberatung<\/li>\n\n\n\n
        • Lieferzeiten - Informationen \u00fcber typische Lieferzeiten und Optionen f\u00fcr Eilauftr\u00e4ge<\/li>\n\n\n\n
        • Preisgestaltung - Ber\u00fccksichtigen Sie die Komplexit\u00e4t von Material und Geometrie, Nachbearbeitung und Volumen<\/li>\n\n\n\n
        • NDA\/IP-Schutz - Ihre gesch\u00fctzten Designdaten sollten vertraglich gesch\u00fctzt werden<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

          Bewertung von Druckern, Materialien, Qualit\u00e4tsprozessen und besonderen F\u00e4higkeiten wie Vakuumkammern oder speziellen Nachbearbeitungsmethoden.<\/p>\n\n\n\n

          weitermachen<\/p>\n\n\n\n

          L<\/p>\n\n\n\n

          Hier finden Sie die Fortsetzung des Artikels \u00fcber den 3D-Druck mit Metallpulver:<\/p>\n\n\n\n

          Konstruktionsrichtlinien f\u00fcr Metall-AM-Teile<\/h2>\n\n\n\n

          Um die Vorteile der additiven Fertigung von Metallen voll auszusch\u00f6pfen, sollten die Konstruktionen den DfAM-Grunds\u00e4tzen (Design for Additive Manufacturing) folgen:<\/p>\n\n\n\n

          Wichtige Metall-AM-Design-Richtlinien:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

            \n
          • Optimierung zur Gewichtsreduzierung mit Gitterstrukturen<\/li>\n\n\n\n
          • Konsolidierung von Baugruppen zu einzelnen komplexen Teilen<\/li>\n\n\n\n
          • Interne Designmerkmale wie konforme K\u00fchlkan\u00e4le<\/li>\n\n\n\n
          • Verwendung von organischen, frei geformten Formen, die bei der maschinellen Bearbeitung nicht m\u00f6glich sind<\/li>\n\n\n\n
          • Minimierung von \u00dcberh\u00e4ngen und Konstruktion von Winkelst\u00fctzen<\/li>\n\n\n\n
          • Ausrichten, um die H\u00f6he der Teile zu verringern und gro\u00dfe flache Bereiche zu vermeiden<\/li>\n\n\n\n
          • Entwurf von Gewindel\u00f6chern zur Vermeidung von Problemen beim Entfernen von St\u00fctzen<\/li>\n\n\n\n
          • Zus\u00e4tzliche Dicke bei d\u00fcnnen W\u00e4nden, die zu Porosit\u00e4t neigen, zulassen<\/li>\n\n\n\n
          • Kompensieren Sie anisotrope Materialeigenschaften in verschiedenen Richtungen<\/li>\n\n\n\n
          • Gestaltung von Oberfl\u00e4chen mit kontrollierter Porosit\u00e4t, wenn dies von Vorteil ist<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

            Komplexe Gitterstrukturen mit d\u00fcnneren Gliedern k\u00f6nnen beim 3D-Druck das Gewicht reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit erhalten. Die Konsolidierung von Baugruppen zu Einzelteilen ist ein gro\u00dfer Vorteil gegen\u00fcber der konventionellen Fertigung.<\/p>\n\n\n\n

            K\u00fchlkan\u00e4le und andere n\u00fctzliche innere Hohlr\u00e4ume m\u00fcssen nicht mehr gebohrt werden und k\u00f6nnen optimalen organischen Bahnen folgen. \u00dcberh\u00e4nge, die zum Durchh\u00e4ngen neigen, k\u00f6nnen durch schr\u00e4ge Gitter oder geneigte Konstruktionen vermieden werden.<\/p>\n\n\n\n

            Bei der Ausrichtung der Teile sollte darauf geachtet werden, die Z-H\u00f6he w\u00e4hrend des Drucks zu minimieren, um Eigenspannungen zu verringern. D\u00fcnne W\u00e4nde, die zu Porosit\u00e4t neigen, ben\u00f6tigen m\u00f6glicherweise eine zus\u00e4tzliche Dicke, um die angestrebte Materialdichte zu erreichen.<\/p>\n\n\n\n

            Kostenmodellierung und Wirtschaftlichkeit von Metal AM<\/h2>\n\n\n\n

            Um festzustellen, ob ein Metallzusatz wirtschaftlich sinnvoll ist, m\u00fcssen alle Kosten bewertet werden:<\/p>\n\n\n\n

            Kostenfaktoren f\u00fcr Metallpulverbett-AM:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

              \n
            • Abschreibung des Ger\u00e4ts - Verteilen Sie hohe Druckerkosten \u00fcber die gesamte Lebensdauer<\/li>\n\n\n\n
            • Materialkosten - Metallpulver k\u00f6nnen zwischen $100-$500\/kg liegen.<\/li>\n\n\n\n
            • Arbeit - Arbeit des Bedieners, Entwurf, Nachbearbeitung<\/li>\n\n\n\n
            • Energieverbrauch - Hochleistungslaser und andere Systeme ben\u00f6tigen viel Strom<\/li>\n\n\n\n
            • Produktionsgeschwindigkeit - Druckvolumen pro Stunde basierend auf Parametern, Maschinengrenzen<\/li>\n\n\n\n
            • Nachbearbeitung - Bearbeitungs- und Nachbearbeitungsschritte verursachen zus\u00e4tzliche Ausfallzeiten und Kosten<\/li>\n\n\n\n
            • Anlagenkosten - Erforderliche Pulverhandlingsysteme, Inertgas, Platz<\/li>\n\n\n\n
            • Qualit\u00e4tskontrolle - Pr\u00fcfung von Teilen w\u00e4hrend der Produktion und Prozessqualifizierung<\/li>\n\n\n\n
            • Sicherheit und Konformit\u00e4t - F\u00fcr regulierte Anwendungen ist die Dokumentation umfangreich<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

              Die hohen Kosten von Metalldruckern bedeuten, dass die Nutzungsdauer der Maschine f\u00fcr eine optimale Auslastung durch h\u00f6here Produktionsmengen bewertet werden muss. Auch die Materialkosten sind erheblich, insbesondere bei exotischen Legierungen.<\/p>\n\n\n\n

              Alle Arbeitskr\u00e4fte m\u00fcssen ber\u00fccksichtigt werden - Bediener, Ingenieure, Konstrukteure, Qualit\u00e4tstechniker. Der Energieverbrauch ist hoch. Ausfallzeiten bei der Nachbearbeitung verringern die Produktionsgeschwindigkeit.<\/p>\n\n\n\n

              Bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizintechnik sind die Kosten f\u00fcr die Einhaltung von Vorschriften wie Dokumentation und Qualit\u00e4tssysteme sehr hoch. Eine sorgf\u00e4ltige Kostenmodellierung bestimmt, wann Metall-AM kosteneffektiv ist.<\/p>\n\n\n\n

              Trends und Zukunft der additiven Fertigung von Metallen<\/h2>\n\n\n\n

              Die Metallpulverbettschwei\u00dfung entwickelt sich rasant weiter und wird immer beliebter:<\/p>\n\n\n\n

              Zuk\u00fcnftige Trends f\u00fcr den 3D-Druck im Metallpulverbett:<\/strong><\/p>\n\n\n\n