Materialien im 3D-Druck

3D-Druck mit Metall

Investoren setzen auf Metall-basierte Systeme

Auch wenn Metall-basierte Systeme immer beliebter werden, machen im weltweiten Materialmarkt Polymere (Thermoplaste und Photopolymere) immer noch zwei Drittel der Materialverkäufe im 3D-Druck aus.


Was ist für den kürzlichen Anstieg von Metallen verantwortlich?

Möglicherweise sind Metalle tatsächlich die Materialklasse, welche hauptverantwortlich für eine Investition in technische Systeme in der Luft- & Raumfahrt, Öl & Gas und dem Automobil Sektor sind. Es kann auch daran liegen, dass das Interesse durch die Tatsache verstärkt wird, dass Metalle grundsätzlich als eher einsetzbar für funktionelle Teile gesehen werden, anstatt für Prototypen und Modelle.


Nachteile des Metall-3D-Drucks

Was auch immer die treibende Kraft hinter der Bevorzugung von Metallen ist, der 3D-Druck dieser ist ein sehr kostenintensiver Prozess. Die benötigten metallischen Pulver für die 3D-Verarbeitung sind sehr teuer, die Materialhandhabung bringt unerträgliche Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltthematiken mit sich, die Verwendung von Lasern benötigt hochenergetische Prozesse und der Materialabfall während der Herstellung kann bis zu 80% des Rohmaterials betragen.


Mögliche Lösung: FFF

Ein möglicher Ersatz für pulverbasierte Technologien liefert die Fused Filament Fabrication (FFF). Dabei ist ein entscheidender Vorteil der FFF 3D-Drucktechnologie die Eigenschaft lediglich die Menge an Material zu verwenden, welche letztlich für die Herstellung des Bauteils benötigt wird. Zudem sind die Materialien des FFF 3D-Drucks (typischerweise Thermoplaste) günstiger als jede anderen der 3D-Druck Varianten. Thermoplaste können mit einer Reihe verschiedener Materialien versehen werden, dabei werden sie einfach mit diesen in einer Compoundierung gefüllt. Metalle, Keramiken, Holz, Carbon, Glass, sowie nicht-schmelzbare Polymere wurden bereits benutzt, um Polymer-Komposite herzustellen.


Filament Ultrafuse 316LX

Die Apium Additive Technologies GmbH hat in diesem Zuge das neu entwickelte Filament Ultrafuse 316LX der BASF getestet. Dieses Material besteht aus einem polymeren Binder-Anteil mit einem ca. 80 Gew.-% rostfreien Stahl 316L Partikeln. Die FFF 3D-gedruckten Grünkörper wurden in einer Nachbearbeitung zuerst durch einen katalytischen Säure-Entbindungsprozess behandelt und anschließend in einem Ofen gesintert.

Folgende Rückschlüsse ergaben sich durch die Verarbeitung des 316LX Materials:

  • Durch Apiums FFF 3D-Drucktechnologie kann es einfach verarbeitet werden
  • Die mit Apiums Druckern gedruckte Grünkörper haben strukturelle Eigenschaften welche die Überlebenschancen während des Entbindungs- und Sinterprozesses erhöhen
  • Die gesinterten Teile treffen die Anforderungen an die Geometrie
  • Die mechanischen Eigenschaften der gesinterten Teile sind vergleichbar mit gehärtetem 316L rostfreiem Stahl
  • Die Porosität der gesinterten Teile liegt im Allgemeinen bei unter 2%

Auswirkungen

Die Möglichkeit metallische Teile unter Verwendung von Apiums 3D-Drucktechnologie herzustellen, hat weitreichende wirtschaftliche Auswirkungen auf die Fertigung. Sie eröffnet kleinen und mittelständischen Unternehmen die Chance Prototypen und funktionelle Teile in Kleinserien zu sehr wettbewerbsfähigen Kosten zu fertigen. Apium arbeitet bereits an einem System welches den Entbindungs- und Sinterprozess in die 3D-Drucklösung integriert.


Quelle: Apium


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