Informieren Sie sich über die neuesten Entwicklungen im Bereich Metall-3D-Druck: Neue Metall-3D-Drucker, Metall-Druck-Services, Technologien, Anwendungen, Materialien und vieles mehr.
In den letzten Jahren erfreut sich der Metall-3D-Druck immer größerer Beliebtheit. Und das zu Recht: jedes dieser Materialien bietet eine einmalige Kombination von praktischen und ästhetischen Eigenschaften, die zu einer Vielzahl von Produkten passen, seien es Prototypen, Miniaturen, Gebrauchsteile oder sogar Küchengeräte.
Metall-3D-Druck liegt deshalb so im Trend, weil viele Teile mittlerweile serienmäßig 3D-gedruckt werden können. Tatsächlich sind viele 3D-gedruckten Teile aus Metall genauso gut wie Teile, die auf traditionelle Weise gefertigt werden (oder besser).
Bei der traditionellen Fertigung von Metall- und Plastikteilen fällt viel Abfall an. Gussformen und überschüssiges Material werden verbraucht. Ein Beispiel: Im Luftfahrtbau landet bis zu 90% des für den Bau nötigen Materials nicht im fertigen Flugzeug, sondern wird entsorgt. Beim 3D-Druck von Metall muss hingegen weniger Energie aufgewendet werden und es wird nur ein Bruchteil des Materials gebraucht. Ein wichtiger Faktor ist das geringere Gewicht 3D-gedruckter Produkte aus Metall. Sie sind bis zu 60% leichter als konventionell hergestellte Teile. Die Luftfahrtindustrie spart so Milliarden durch Gewichtseinsparung und Treibstoffreduktion.
Auch wenn man mit solchen Methoden nicht zu Hause drucken kann, so gibt es doch eine Reihe toller Metallfilamente, die mit selbigem angereichert sind, aber hauptsächlich aus Kunststoff bestehen. Das sorgt für Teile mit einem hübschen metallischen Finish.
Wenn du mehr über Metallfilament für den Hausgebrauch wissen möchtest, klick hier und du landest direkt bei dem Abschnitt über 3D-Drucken mit Metallfilamenten.
Zudem findest du in unserem Artikel alle Infos zu diesem Fertigungsverfahren der Zukunft.
Bevor wir uns den Grundlagen von Metall-3D-Druck widmen, werfen wir einen Blick auf die neuesten Innovationen. Im Laufe der letzten Jahre sind eine Reihe neuer Anbieter aufgetaucht, die dem Markt für Metall-3D-Drucker einen gehörigen Schub gegeben haben.
Auch wenn der Metall-3D-Druck noch nicht ganz das Privatkundengeschäft erreicht hat, konnte man in letzter Zeit jedoch beobachten, dass sich die Sparte in genau diese Richtung entwickelt. So war es auch mit den FDM- und den Resin-Druckern.Was früher ausschließlich für die große Industrie interessant und erschwinglich war, ist heute auch für kleine und mittelgroße Unternehmen attraktiv. Hier findest du einige Hersteller, die Lösungen für kleine und mittelgroße Unternehmen anbieten:
Dieser Hersteller ist zwar neu im Bereich des Metall-3D-Druck, ist jedoch in Sachen Drucker alles andere als ein unbeschriebenes Blatt. HP hat auf der International Manufacturing Technology Show 2018 (IMTS) seinen neuen HP Metal Jet vorgestellt, ein Gerät, das für die Serienproduktion hochwertiger Metallteile gebaut wurde.
Laut HP kann dieser Metall-3D-Drucker mithilfe eines neuen additiven Fertigungsverfahrens mit 50 Mal mehr Produktivität aufwarten als seine Wettbewerber, die auf andere Technologien setzen. Und das sogar noch kostengünstiger. Ähnlich wie die HP-Multi-Jet-Fusion-Technologie setzt der HP Metal Jet auf voxel-basiertes Binder Jetting. Er besitzt dabei einen Bauraum von 430 x 320 x 200 mm Größe. HP gibt an, dass dieser Metall-3D-Drucker im Verhältnis insgesamt weniger Binder brauchen, aber dennoch herausragende Produktivität und Verlässlichkeit liefern wird.
HP hat sich zudem zwei wertvolle Partner gesucht. Zusammen mit GKN Powder Metallurgy und Parmatech hat HP einen Produktionsservice für Teile aus dem Metal Jet aufgebaut. Damit kann man Teile bestellen, die mit dem HP Metal Jet hergestellt wurden, ohne die Maschine selbst kaufen zu müssen.
Das Unternehmen mit Sitz in Massachusetts ist wahrscheinlich der größte Innovator auf dem Metall-3D-Druck-Markt. Letztes Jahr stellte die Firma zwei neue Metall-3D-Drucker vor, den Studio System und den Production System. Diese beiden revolutionären Geräte haben Metall-3D-Druck sehr viel günstiger gemacht und sind in der Lage, viel schneller zu produzieren.
Der Studio System passt von der Größe her auf einen Schreibtisch und verwendet das patentierte BMD-Extrusionsverfahren (“Bound Metal Deposition”). Dabei verarbeitet der Metall-3D-Drucker ähnlich wie bei der Schmelzschichtung (FDM/FFF-3D-Druck) ein Metallpulver (MIM), das durch eine Polymermischung zusammengehalten wird. Sobald der 3D-Druck fertig ist, kommt das Bauteil bei einer Temperatur von 1.400°C in einen Ofen, wodurch die Polymere wegschmelzen und sich die Metallteile verbinden. Der Studio System, inklusive Ofen und der cloud-basierten Software, kostet um die 105200 Euro.
Mehr dazu: Interview with Desktop Metal: The Metal 3D Printing Hype is Real (And Made of Steel)
Auf der anderen Seite verwendet der deutlich größere Metall-3D-Drucker Production System ein Verfahren mit dem Namen “Single Pass Jetting” (SPJ). Dabei wird erst Metallpulver abgegeben und direkt im Anschluss ein Bindemittel. Das Gerät ist mit über 32.000 Düsen ausgestattet, die innerhalb von Sekunden Millionen von Tröpfchen versprühen. Auch der Metall-3D-Drucker Production System braucht auch einen Ofen für die Nachbearbeitung und kostet (ohne Ofen) um die 315600 Euro.
Das hört sich für den “normalen” Verbraucher noch immer nach ziemlich viel Geld an; trotzdem markieren diese Metall-3D-Drucker einen Quantensprung, da traditionelle Metall-3D-Druck-Systeme mindestens 700.000 Euro kosten. Es besteht kein Zweifel, dass Desktop Metal auf dem richtigen Weg ist, da große Firmen wie BMW, Google, Lowe’s und andere auf das Start-up aufmerksam geworden sind und ordentlich investiert haben.
Markforged ist ein weiteres 3D-Druck-Unternehmen, welches die ehemals unerschwingliche Technologie Metall-3D-Druck für ein breiteres Publikum interessant machen möchte. Der Markforged Metal X ist ein Metall-3D-Drucker, der den kompletten Druckprozess selbst bewältigen kann. Laut Hersteller sind die Kosten für diesen Metall-3D-Drucker zehnmal so niedrig wie für vergleichbare 3D-Druck-Systeme.
Der Metal X besitzt einen Bauraum von 250 x 250 x 200 mm und schafft eine minimale Layerhöhe von 50 µm. Ähnlich wie der Studio System von Desktop Metal druckt dieser Metall-3D-Drucker Metallpulver, das durch eine Plastikmatrix festgehalten wird. Auf der Webseite präsentiert Markforged verschiedene Metallteile, die mit dem Gerät gedruckt werden können, sowie verschiedene Kalkulationsbeispiele, die die zeigen sollen, wie hoch die Einsparkapazitäten beim Metal X sind.
Digital Metal operiert bedient mit seinemweltweit ersten Hochpräzisions-3D-Drucker mit Binder-Jetting-Technologie für Kleinteile ein anderes Segment. Digital Metal kann dabei auf den Erfahrungsschatz seines Mutterkonzerns, des schwedischen Metallpulvreproduzentens Höganäs, bauen.
Mehr dazu: Interview With Digital Metal: One Giant Leap For Small Metal 3D Printed Parts
Der Metall-3D-Drucker mit dem Kurznamen DM P2500 kann extrem kleine und komplexe Bauteile herstellen. Das Gerät von Digital Metal hat ein Bauvolumen von 2.500 cm³ und druckt mit einer Layerhöhe von 42 µm bei 100 cc/hr. Es ist ein unglaublicher Metall-3D-Drucker, der eine Auflösung von bis zu 35 µm verspricht und dabei komplett auf Stützstrukturen verzichten kann.
Das schwedische Metall-3D-Druck-Unternehmen ist momentan dabei, kommerziell erfolgreich zu werden, indem es mit den Industrieriesen Honeywell Aerospace, dem französischen Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM) und einem anonymen Mode-Imperium kooperiert.
Ein weiterer Neuling auf dem Markt für Metall-3D-Drucker ist der australische Hersteller Aurora Labs. Im September 2018 ließ das Unternehmen verlauten, dass es große Fortschritte in der Weiterentwicklung der sogenannten “Large Format Technology (LFT)” gemacht hat. Diese Technik soll das Drucken mit Metallen revolutionieren, denn es soll dadurch um ein Vielfaches schneller werden.
Nachdem Aurora Labs einige Tests durchgeführt hatte, erreichten die 3D-Drucker des Herstellers eine Druckgeschwindigkeit von 662 g pro Stunde (15,88 kg pro Tag). Eine unglaubliche Geschwindigkeit, verglichen mit den marktüblichen Werten.
Der erste serienreife Metall-3D-Drucker des Herstellers, der die LF-Technologie nutzen wird, heißt Alpha. Mit 200 x 200 x 200 mm Bauraum ein vergleichsweise kleiner 3D-Drucker. Aurora Labs hat zudem noch einen weiteren Metall-3D-Drucker herausgebracht: den S-Titanum Pro. Dieser 3D-Drucker ist open-source, d.h., dass die Nutzer ihre eigenen Material- und Softwarepräferenzen ausleben dürfen. Dieser Metall-3D-Drucker kombiniert die DMLS- und DMLM-Technolgoie. Bei letzterer werden größere zusammenhänge Flächen des Metallpulvers geschmolzen. Wenn diese wieder abkühlen, entsteht die Verbindung zwischen den einzelnen Pulverkörnern. Die Kombination aus beiden Technologien macht diesen Drucker so vielseitig und so besonders.
Stratasys, ein Urgestein auf dem Markt für additive Fertigungsverfahren, hat nun auch einen eigenen Metall-3D-Drucker angekündigt. Die Ankündigung kam im Februar 2018. Stratasys möchte damit in eine Sparte vordingen, in der es darum geht, 3D-gedruckte Metallteile in möglichst kurzer Zeit herzustellen.
Während die meisten Einzelheiten noch tunlichst unter Verschluss gehalten werden, ist jedoch bekannt, dass dieser Metall-3D-Drucker die MIM-Technologie nutzen wird. MIM ist eine Abkürzung für “metal injection molding” und im Deutschen als Metallpulverspritzgießen bekannt. Dabei wird das Pulver zusammen mit einem Bindemittel in die gewünschte Form gespritzt. Das Bindemittel wird anschließend wieder entfernt und das Bauteil im Ofen ausgehärtet. Der neue Metall-3D-Drucker von Startasys soll auch über eine thermische Nachbarbeitungsfunktion verfügen, die das Entfernen der Angüsse erleichtern soll.
Zunächst soll hier nur Aluminium verarbeitet werden, Stratasys plant jedoch, die Liste der möglichen Metallpulver zu erweitern. Der Hersteller möchte seinen Kunden damit eine Methode anbieten, mit der sie kostengünstigere Bauteile in einer kürzeren Zeit fertigen können, als dies mit anderen laser-basierten Metall-3D-Druckern möglich wäre.
Über Vulcan Labs, einer Ausgründung von Stratasys, will das Unternehmen weiter an Technologien für additive Metallfertigungsverfahren forschen. Zudem bietet Stratasys 3D-gedruckte Metallteile über Stratasys Direct Manufacturing.
Aber was tun, wenn du hohe Qualität oder gar einen Vollmetall-3D-Druck benötigst? Lohnt es sich, einen Metall-3D-Drucker für den Betrieb anschaffen? Wir raten davon ab, es sei denn du willst täglich mit Metall drucken. Die Preise für Metall-3D-Drucker sind sehr hoch: ein professioneller Metall-3D-Drucker von EOS oder StrataSys kostet zwischen 100.000 und 500.000 Euro muss man für ein gutes Gerät hinlegen. Dazu kommen die Kosten für eine Fachkraft, die das Gerät bedient, pflegt und die Metall-3D-Drucke nachbearbeitet.
Um es kurz zu machen: Zur Zeit gibt es einfach keinen günstigen Metall-3D-Drucker.
Wer einen professionellen Metall-3D-Druck benötigt, dem empfehlen wir einen passenden 3D-Druck-Service (es sei denn, du hast vor, selbst ins Metall-3D-Druck-Geschäft einzusteigen). 3D-Druck-Services wie Shapeways, Sculpteo und iMaterialise bieten Metall-3D-Druck an.
Apropos Wachsmodelle: Die 3D-Druck-Services führen die Aufträge für Metall-3D-Druck im Wachsausschmelzverfahren durch. Nicht alles wird in den Fabriken direkt gedruckt. Im allgemeinen werden die Aufträge an Spezialbetriebe für Metall-3D-Druck weitergegeben. Dennoch steigt die Zahl der “Metall-3D-Druck-Services” weltweit rapide an. Zudem finden die 3D-Drucker für Metall immer größere Verbreitung bei den 3D-Druck-Services.
Großkonzerne schwören auf Metall-3D-Druck, da sich auf diese Weise vollautomatische Fabriken bauen lassen, die “topologisch optimierte” Teile produzieren. Damit ist es nun möglich, das Material in einem Bauteil an den Stellen zu konzentrieren, die größeren Kräften standhalten müssen. Dadurch verringert sich das Gewicht drastisch, ohne dass man Abstriche hinsichtlich der Strukturfestigkeit machen muss. Dies ist aber nicht die einzige Technologie auf dem Markt. Einige sind deutlich kostengünstiger und zugänglicher für die Nutzer.
Denkt daran, dass für Metall-3D-Druck spezielle CAD-Programme notwendig sind. Shapeways hat einen Leitfaden über 3D-Druck für Metall veröffentlicht, der sehr lesenswert ist. Wenn du noch mehr erfahren willst, lies die Informationen von Stratasys über Metall-3D-Drucker und die Feinheiten des Metall-3D-Druckens.
Hier sind Preisbeispiele für Metall-3D-Drucke des beliebten Benchy-Test-Modells:
Wie erwartet, können die Preise für massiven Metall-3D-Druck ziemlich in die Höhe schießen.
Was muss man als Ingenieur oder 3D-Designer über Metalldruck wissen?
Es gibt drei Metall-3D-Drucktechniken, die man kennen und verstehen sollte. Jede Technologie hat bestimmte Vorzüge und Nachteile.
Mehr über Metall-3D-Druck-Technologien findest du hier (auf Englisch).
Wenn es um 3D-Metall-Druck geht, gibt es oft folgende Missverständnisse:
In einigen Industriezweigen werden Metall-3D-Drucker schon im Produktionsalltag verwendet – vielleicht weißt du bis jetzt nur nicht, dass manche deiner Gebrauchsgegenstände 3D-gedruckt sind.
Aber bevor der Metall-3D-Druck seinen Durchbruch feiern kann, müssen noch einige Hürden genommen werden: Natürlich geht es erst einmal um Kosten, die nicht durch Formen herunterskaliert werden können. Auch die niedrige Produktionsgeschwindigkeit stellt in der schnelllebigen Produktionsumgebung ein Problem dar.
Weltweit bieten mehr als 100 Firmen einen Metall-3D-Druck an. Dies sind die beliebtesten Metall-3D-Druck-Services für Verbraucher.
Die beliebtesten 3D-Druck-Services Shapeways, Sculpteo und i.materialise kannst du über den All3DP 3D-Druck-Preisvergleich kontaktieren und ihre Preise vergleichen.
Unser Preisvergleich zeigt dir auch, welche Metallmaterialien die einzelnen Anbieter im Programm haben. Du musst nur dein 3D-Modell hochladen und schon kannst du sehen, was die Umsetzung in dem von dir gewählten Material kosten würde und welche Versandkosten auf dich zukommen.
Wenn du also den besten Preis und die beste Qualität für dein Modell herausschlagen willst, solltest du beim All3DP 3D-Druck-Preisvergleich vorbeischauen.
Shapeways ist einer der weltweit beliebtesten Online 3D-Druck-Services, der zwei Dienste anbietet. Verbraucher können aus einer großen Zahl von Objekten wählen. Diese werden von Designern entworfen, können an individuelle Wünsche angepasst und konfiguriert werden. Darüber hinaus bietet Shapeways, wie seine Wettbewerber, die Möglichkeit, Online-Shops einzurichten, in denen Designer ihre 3D-Druckervorlagen verkaufen und drucken können. Shapeways kann aber auch für Rapid Prototyping verwendet werden. Dieser 3D-Druck-Dienstleister druckt auf industriellen Maschinen und bietet dezidierten technischen Support.
3D-Druck-Metalle: Aluminium, Messing, Bronze, Gold, Platin, Silber, Stahl und Wachsmodelle für den Metallguss.
Anmerkung: Shapeways kann auch über den ALL3DP 3D-Druck-Preisvergleich erreicht werden. Hier kann man in Echtzeit die Preise mit i.materialise und Sculpteo vergleichen.
Sculpteo ist wie Shapeways und i.materialise ein Online 3D-Druck-Service, bei dem man seine 3D-Druckervorlagen hochladen und mit einer Vielzahl von Materialien drucken lassen kann. Auch bei Sculpteo ist es möglich, einen eigenen Online-Shop einzurichten und eigene Designs zu verkaufen. Sculpteo druckt auf industriellen Geräten von 3D Systems, EOS, Stratasys, und ZCorp. Mit Hilfe der ausführlichen technischen Dokumentation kann man die Schwachstellen in den eigenen 3D-Modellen und das zum Projekt passende Material finden.
3D-Druck-Metalle: Alumide (PLA mit Aluminium), Messing, Silber.
Anmerkung: Sculpteo kann auch mit dem ALL3DP 3D-Druck-Preisvergleich erreicht werden. Hier kann man in Echtzeit die Preise mit Shapeways und i.materialise vergleichen.
i.materialise arbeitet mit Kunden aus der Industrie zusammen, um Prototypen und 3D-gedruckte Gegenstände herzustellen. Für alle Interessierten bietet Materialise einen Online 3D-Druck-Service namens i.materialise an. Wie bei Shapeways kann man eine 3D-Druckvorlage hochladen und drucken lassen. Designer und Künstler haben die Möglichkeit, ihre Objekte über eine Galerie auf i.materialise oder auf ihrer eigenen Webseite zu verkaufen.
3D-Druck-Metalle: Alumide (PLA mit Aluminium), Messing, Bronze, Kupfer, Gold, Silber, Stahl, Titan.
Anmerkung: i.materialise kann auch über ALL3DP 3D-Druck-Preisvergleich erreicht werden. Hier kann man in Echtzeit die Preise mit Shapeways und Sculpteo vergleichen.
Über 3D Hubs kann man nach 3D-Druckdienstleistern suchen, die zum Beispiel ganz in der Nähe liegen oder eine bestimmte 3D-Druckmethode anbieten. Dazu lädt man eine STL-Datei hoch und bekommt sofort einen Kostenvoranschlag angezeigt. Ist man zufrieden, schickt man seinen Druckauftrag los. In der Suchmaske kann man die Online-3D-Druck-Services nach Materialien, Nutzerbewertungen, Wohnortnähe und weiteren Faktoren filtern. Ganz gleich, was für eine Vorlage man drucken möchte, wahrscheinlich gibt es in der Nähe jemanden, der es für einen drucken kann. Einige Materialien lassen sich in Profiqualität 3D-drucken – diese sind als “HD” in der Suchmaske getaggt.
3D-Druck-Metalle: Aluminium, Bronze, Cobalt Chrom, Rostfreier Stahl, Titan.
Es ließe sich einiges über Metall-3D-Drucker sagen. Die Probleme sind aber dieselben wie bei den meisten anderen 3D-Druckern: Software- und Hardwarebeschränkungen, Werkstoffoptimierung und Verwendung mehrerer Materialien. Hinsichtlich der Software belassen wir es bei dem Hinweis, dass die meisten großen Softwareanbieter wie Autodesk, SolidWorks und solidThinking Produkte anbieten, mit denen man dank des Metall-3D-Drucks jede erdenkliche Form fertigen kann.
Im Allgemeinen können 3D-gedruckte Metallkomponenten ebenso beständig sein wie traditionell gefertigte Metallteile. Teile, die mit DLMS gefertigt wurden, haben Materialeigenschaften, die gegossenen Metallteilen gleichkommen. Auch die Porosität eines Teils aus dem Metall-3D-Drucker kann eine Dichte von bis zu 99,5% erreichen. Der Hersteller Stratasys behauptet, dass 3D-gedruckte Metallteile sogar über den Industriestandards für sensorische Prüfung abschneiden.
3D-gedruckte Metallteile gibt es in mehreren Auflösungen. Bei höchster Auflösung beträgt die Schichtdicke 0,02 – 0,03 mm und die X/Y-Auflösung 0,03 – 0,04 mm. Der kleinst mögliche Lochdurchmesser beträgt 0,088 – 0,011 mm.
An dieser Stelle stellen wir die gängigsten Metall-3D-Drucktechnologien vor:
Die Metall-3D-Druck Technologie, die derzeit viele große Unternehmen in Betracht ziehen, ist als “powder bed fusion” bekannt. Ein Laser- oder ein anderer Energiestrahl sintert ein spezielles Pulver (bestehend aus winzigen, runden Partikeln). Da der Laser in einem Durchgang nur bestimmte Bereiche des Pulvers schmilzt und aneinander bindet, entsteht das Modell Schicht um Schicht.
Derzeit gibt es weltweit acht große Hersteller für Metall-3D-Drucker. Weitere bereiten derzeit die Serienproduktion vor. Die meisten von ihnen, darunter der Marktgigant EOS, stammen aus Deutschland. Ihre Technologien werden mit SLM (Selective Laser Melting) oder DMLS (Direct Metal Laser Sintering) abgekürzt.
Vielleicht glaubst du, dass jetzt nur noch ein 3D-Druckprozess wie “FDM” (Schmelzschichtung von Filamenten) im Metall-3D-Druck “fehlt” – aber das stimmt nicht ganz. Natürlich kannst du daheim nicht reines Metallfilament so hoch erhitzen, um damit ein Objekt herzustellen. Große industrielle Hersteller können das aber. Es gibt folgende zwei Möglichkeiten, Metall zu schmelzen und im Schichtverfahren aufzubauen.
Die eine nennt sich DED (Directed Energy Deposition) oder auch Laser Metal Deposition (LMD). Sie verwendet einen Laserstrahl, um Metallpulver zu sintern, das langsam freigesetzt und so von einem Laser geschmolzen wird. Die Schichten des Objekts werden mit dem Arm eines Industrieroboters geformt.
Normalerweise findet dieser Prozess in einer abgeschlossenen Kammer statt. Ein aktuelles MX3D-Projekt hat einen ähnlichen Ansatz angewendet, um eine Brücke in voller Größe 3D zu drucken.
Der zweite heißt EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing),dabei handelt es sich um eine Variante des Schweißens. Ein starker Elektronenstrahl sintert einen 3 mm-starken Titandraht – das geschmolzene Metall kann auf diese Weise in sehr große Metallstrukturen geformt werden. Es ist ziemlich unwahrscheinlich, dass du mit dieser Technologie in Berührung kommen wirst. Es sei denn, du arbeitest für das US-Verteidigungsministerium.
Eine weitere professionelle Technik, die auch ein Pulverbett verwendet, wird “binder jetting” genannt. Hier werden die Schichten gebildet, indem die Metallpartikel zusammengeklebt werden. Später werden sie in einem Brennofen gesintert, wie man es auch mit Keramik tun würde.
Ein zweiter Ansatz, der Ähnlichkeiten zur Keramikherstellung aufweist, besteht darin, das Metallpulver zu einer Metallpaste zu verarbeiten. Diese wird mit einem pneumatischen Extrusionsdrucker (wie einem Spritzen-Bio-3D-Drucker oder einem günstigen Lebensmittel-3D-Drucker) in die gewünschte Form 3D-gedruckt. Im Anschluss kann das Objekt in einem Brennofen gesintert werden.
Diese Technologie wird vom Mini Metal Maker verwendet – vermutlich der einzige Metall-3D-Drucker für den kleinen Geldbeutel.
Reines Titan (Ti64 or TiAl4V) ist eines der verbreitetsten Metalle im 3D-Druck und bestimmt auch eines der vielseitigsten, da es sowohl massiv als auch leicht ist. Es wird im Powder Bed Fusion und Binder Jetting eingesetzt – vorwiegend in der Medizinindustrie (für individuell angepasste Prothesen) und der Luftfahrt-, Fahrzeugindustrie (zur Fertigung von Teilen und Prototypen). Wo ist der Haken? Titan ist sehr reaktiv, es kann in Pulverform sehr leicht explodieren. Deshalb muss es in einem Vakuum oder einer Argon-Atmosphäre 3D-gedruckt werden.
Rostfreier Stahl ist eines der billigsten Metalle für den 3D-Druck. Es ist sehr stabil und kann in einer Vielzahl von industriellen und auch künstlerischen Anwendungen eingesetzt werden. Diese Art der Stahllegierung, die auch Cobalt und Nickel enthält, ist besonders bruchfest und dennoch sehr elastisch. Es wird hauptsächlich in der Industrie verwendet.
Inconel ist eine Superlegierung von einem Hersteller namens Special Metals Corporation, der auch die Namensrechte besitzt. Es besteht hauptsächlich aus Nickel und Chrom und weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Deswegen wird es meist in Öl- und Chemieunternehmen und der Luftfahrtindustrie (für Flugschreiber) verwendet.
Wegen seines geringen Gewichts und seiner Vielseitigkeit ist Aluminium ein beliebtes Metall für viele 3D-Druck Anwendungen. Meistens wird es in Form von Aluminiumlegierungen verarbeitet.
Diese Metallegierung zeichnet sich durch ihre hohe Reißlänge aus (Festigkeit geteilt durch Dichte. Diese Formel zeigt die Gewichtskraft an, die ein Werkstoff tragen kann, bevor er reißt.) Meistens wird es bei der Herstellung von Turbinen, Zahnimplantaten und orthopädischen Implantaten verwendet. Kurzum, in allen Bereichen, in denen 3D-Druck zur bevorzugten Fertigungsmethode wird.
Abgesehen von ein paar Ausnahmen finden Kupfer und Bronze hauptsächlich im Wachsabgussverfahren Verwendung und weniger in der Powder Bed Fusion. Diese Metalle sind für industrielle Anwendungen nicht ideal, stattdessen findet man sie häufiger im Kunstgewerbe. ColorFabb bietet beide Metalle als Basis für Metallfilamente an.
Eisen (auch magnetisches Eisen) wird zumeist auch als Zusatz zu PLA-Filamenten gedruckt, wie sie von ProtoPasta und TreeD hergestellt werden.
Die meisten Hersteller von Powder-Bed-Fusion-Druckern können mit Edelmetallen wie Gold, Silber und Platin 3D-drucken. Die Herausforderung liegt einmal darin, die ästhetischen Eigenschaften der Materialien zu erhalten und dafür zu sorgen, dass nichts von den Edelmetallpulvern verloren geht.
Edelmetalle werden in den Sparten Schmuck, Medizin und Elektronik 3D-gedruckt. Natürlich gehören sie aber zu den teuersten 3D-Druck-Materialien.
Neben den Materialien, die ausschließlich aus Metall bestehen, gibt es auch solche, die noch weitere Bestandteile zugesetzt haben. Eines der beliebtesten Materialien im industriellen Bereich ist Nylon 12, das mit Aluminium versetzt ist.
Stratasys hat ein Nylon-12-Material mit Aluminiumbestandteilen entwickelt, das die mechanischen Eigenschaften des Nylons mit der metallischen Oberflächenstruktur des Aluminiums vereint. Die Mischung macht’s: ein thermoplastischer Kunststoff ergibt in Personalunion mit einem Metall einen Werkstoff, der stabiler und resistenter ist als andere Materialien.
Manche Metalllegierungen, die nur schwer oder überhaupt nicht druckbar sind, können mithilfe von MMC-Techniken Keramik- oder Polymerpulver zugesetzt werden, um diese Legierungen druckbar zu machen.
Desktop Metal ist einer der Anbieter, der ein System für den Metall-3D-Druck entwickelt hat, bei dem Kombimaterialien zum Einsatz kommen. Ist das Teil fertig gedruckt, kommt es in den Ofen, wo das Polymer ausgeschmolzen wird. Zurück bleibt das reine Metall.
Wer mit Metallpulvern drucken möchte, braucht also erst einmal ein teures Hochleistungsgerät. Das bedeutet im Umkehrschluss aber nicht, dass du nicht auch deinen FDM-Drucker für Zuhause dazu bringen kannst, Metall zu drucken. Im folgenden Abschnitt findest du Metallverbundfilamente, mit denen du auch deinen 3D-Drucker bestücken kannst!
Zum 3D-Drucken von Metall sind extrem hohe Temperaturen notwendig. Man kann also keinen normalen FDM-3D-Drucker verwenden. Aber was kann man dann machen, wenn man zuhause Metall 3D-drucken will?
Kurz gesagt: In diesem Jahrzehnt wirst du daheim kein reines Metall 3D-drucken können. Auch 2020 wird man noch keinen Metall-3D-Drucker daheim stehen haben. Aber in einigen Jahren, im Maße in dem sich die Nanotechnologie entwickelt, werden wir ein substantielles Wachstum neuer Anwendungen beobachten können. Beispielsweise leitfähiges 3D-druckbares Silber, das in Kartuschen ähnlich heutiger 3D-Drucker verwendet wird. Es wird auch möglich sein, verschiedene Materialien in einem Objekt zu mischen.
Selbst wenn du keine Metallobjekte daheim 3D-drucken kannst, gibt es noch die Möglichkeit Plastikfilamente mit Metallzusätzen zu verwenden. ColorFabb, ProtoPasta und TreeD Filaments bieten interessante Metall-PLA-Verbundfilamente an. Diese Filamente enthalten eine erhebliche Menge Metall, aber auch genug Plastik, um sie mit den vergleichsweise niedrigen Temperaturen eines handelsüblichen FDM-3D-Druckers (200 bis 300°C) verwenden zu können. Die Menge an Metall ist ausreichend, damit die Objekte das Aussehen, die Haptik und das Gewicht metallischer Gegenstände annehmen. Filamente auf Eisenbasis können unter gewissen Bedingungen sogar rosten.
Man kann es aber noch weiter treiben. Gewöhnliches Metall-Filament hat einen Metallpulveranteil von 50%. Der holländische Hersteller für 3D-Druck-Filamente Formfutura wirbt damit, dass er den Anteil in ihrem Filament auf 85% Metallpulver hochgeschraubt habe. Diese Metall-3D-Druck-Filamente heißen MetalFil Ancient Bronze und Metalfil Classic Copper. Man kann sie bei “niedrigen” Temperaturen von nur 190° bis 200° Celsius verarbeiten.
Der Metall-3D-Druck ist schwierig durchzuführen. Daher solltest die Düse deines 3D-Druckers aufrüsten, das gilt besonders für den Fall, dass du einen Einsteiger-3D-Drucker benutzt. Metall-3D-Druck-Filament neigt dazu, Düsen schnell abzunutzen. Zwar gibt es beständige Hotends (wie das V6 Hotend von E3D), die selbst aus Metall bestehen und hohen Temperaturen standhalten und in den meisten 3D-Druckern verbaut werden können. Trotzdem solltest du dich drauf einstellen, deine 3D-Drucker-Düsen häufiger austauschen zu müssen. Metall-3D-Druck-Filament ist einfach sehr rau.
Außerdem solltest du deinen Metall-3D-Druck veredeln (Bürsten, Sandstrahlen, Schmieren, Einwachsen oder Lackieren), um ihn wirklich zum Glänzen zu bringen.
Also, wie viel kostet Metall-3D-Druck-Filament eigentlich? Hier ein paar Beispiele:
Eine Auswahl von Metall-3D-Druck-Filamenten für Zuhause findest du hier.
Vorab ist eines zu sagen: ein 3D-Drucker für Metall übersteigt womöglich die meisten Budgets. Ein Gerät kostet mindestens 90000€. Die Preise können aber gut und gerne 220000€ und mehr betragen. Hier nun eine Auswahl von Metall-3D-Druckern, die man teilweise bei Online-3D-Druck-Services finden kann.
Der EOS M 100 3D printer ist das Einsteigermodell für additive Metallverarbeitung des deutschen Herstellers EOS. Der Metall-3D-Drucker basiert auf der DMLS-Technologie und verfügt über einen 200-Watt-Faserlaser. Der winzige Laserpunkt schafft exzellente Auflösungen und macht diesen Metall-3D-Drucker zur sicheren Wahl für detailgenaue Metallmodelle.
Der M 100 wurde so entwickelt, dass die Nachbearbeitungszeit und der Reinigungsaufwand möglichst gering bleibt. Das sorgt auch insgesamt für einen schnellen Produktionsprozess. Das Innenleben ist zudem modular. Der 3D-Drucker wartet mit einem Tank für überschüssiges Pulver auf. Das macht die Wartung extrem einfach.
Insgesamt ist dies einer der einfachsten Metall-3D-Drucker von EOS. Auf der EOS-Homepage findest du die anderen Drucker des Herstellers.
Der ProX DMP 300 von 3D Systems ist eine weitere beliebte Maschine für den Metall-3D-Druck. In der Druckkammer von 250 x 250 x 300 mm hat vieles Platz. Der Metall-3D-Drucker wurde mit dem Ziel entwickelt, die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen und gleichzeitig den Materialverbrauch zu verringern. Diese Maschine bietet dabei den größtmöglichen Komfort, da das Druckmaterial automatisch nachgefüllt und wiederaufbereitet wird.
Die hauseigene Software für Metall-3D-Druck, ProX DMP 300 schafft das nötige Profi-Umfeld für eine Rundrum-Lösung.
Laut EOS kann dieser Metall-3D-Drucker eine Druckqualität im Oberflächenfinish von 5 Ra μm liefern und Modelle mit 20°-Neigungen ohne Stützkonstruktionen bauen. Das spart Zeit und Druckmaterial und damit Geld.
Wenn du große Metallmodelle drucken möchtest, solltest du dir den EBAM von Sciaky genauer ansehen. Diese Firma kann Geräte in beinahe jeder Größe auf Bestellung produzieren. Die Metall-3D-Drucker kommen hauptsächlich in der US-Luftfahrtindustrie und im Rüstungsbau zum Einsatz.
Das größte Sciaky-Drucksystem “von der Stange” ist der EBAM 300. Sein Bauraum ist 5,791 m breit, 1,219 m tief und 1,219 m hoch.
Laut Hersteller ist der EBAM 300 einer der schnellsten industriellen Metall-3D-Drucker für kommerzielle Zwecke. Das Gerät schafft 3 Meter eines Flugzeugbauteils innerhalb von 48 Stunden. Das entspricht einer Druckgeschwindigkeit von 6,8 kg pro Stunde. Was früher im Bau sechs bis zwölf Monate dauerte, geht mit diesem Metall-3D-Drucker in zwei Tagen.
Die einmalige Technologie von Sciaky beruht auf einer Hochspannungs-Elektronenstrahlpistole, die ein 3 mm-starkes Titanfilament schmilzt. Die Abschmelzrate beträgt unter normalen Bedingungen 3 bis 9 kg pro Stunde.
Eine weitere Möglichkeit, große Metallteile 3D zu drucken, ist die Ultrasound Additive Manufacturing Technology (UAM) von Fabrisonic. Die Geräte von Fabrisonic sind CNC-Fräsen auf drei Achsen, die zusätzlich einen Schweißkopf für additive Herstellung besitzen.
Die Metallschichten werden zuerst ausgeschnitten und dann mit Ultraschall zusammengeschweißt. Der größte 3D-Drucker für Metall von Fabrisonic, der 7200, hat einen Bauraum von 2 x 2 x 1,5 Metern.
Der größte Pulver-Metall-3D-Drucker auf dem Markt ist derzeit der XLine 100 von Concept Laser. Er hat einen Bauraum von 630 x 400 x 500 mm und ist so groß wie ein einstöckiges Haus.
Der deutsche Hersteller ist einer der primären Lieferanten von großen 3D-Druckern für Luftfahrtunternehmen wie Airbus und hat vor kurzem einen neuen Drucker vorgestellt, den XLine 2000.
Dieser hat zwei Laser und einen noch größeren Bauraum von 800 x 400 x 500 mm. Der XLine 2000 verwendet außerdem die LaserCUISING-Technolgie von Concept Laser (eine Variante des selektiven Lasersinterns) und kann Objekte in verschiedenen Legierungen 3D-drucken wie Stahl, Aluminium, Nickel, Titan, Edelmetalle und sogar eine Handvoll reine Materialien, wie Titan und hochwertige Stähle verarbeiten.
License: The text of "Metall-3D-Drucker-Guide 2019 – Alles über Metall-3D-Druck" by All3DP is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
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