Additive Fertigung: Was Sie wissen müssen
Beschreibung
Bei der additiven Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, werden komplexe Bauteile Schicht für Schicht aufgebaut, was Präzision, Effizienz und einen vielseitigen Materialeinsatz ermöglicht.
Inhalt
Dieadditive Fertigung, auch 3D-Druck genannt, revolutioniert Branchen von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zum Gesundheitswesen. Die additive Fertigung bietet die Möglichkeit, komplizierte Teile direkt aus digitalen Modellen in aufeinanderfolgenden Materialschichten herzustellen. Im Gegensatz zum herkömmlichen Herstellungsverfahren, bei dem Material aus größeren Blöcken oder Formen entfernt wird, entstehen bei der additiven Fertigung kompliziertere Designs mit weniger Materialverlust und in wesentlich kürzerer Produktionszeit.
Zu den wichtigsten Verfahren der additiven Fertigung gehören das Pulverbettschmelzen, die direkte Energieabscheidung, die Materialextrusion, das Aufspritzen von Bindemitteln und die Stereolithografie. Das Pulverbettschmelzen, das vor allem in Unternehmen, die hochleistungsfähige Metallkomponenten benötigen, zum Einsatz kommt, basiert vor allem auf kugelförmigen Metallpulvern. Die sehr spezifischen Eigenschaften der Pulver, wie Partikelgrößenverteilung, Fließfähigkeit und Reinheit, wirken sich direkt auf die Qualität und Leistung des fertigen Druckerzeugnisses aus.
Sphärische Metallpulver
Sphärische Metallpulver sind in additiven Fertigungsverfahren wie dem selektiven Laserschmelzen (SLM) und dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM) erforderlich. Ihre kugelförmige Gestalt ermöglicht einen ungehinderten Fluss und eine gleichmäßige Schichtabscheidung, die für die Herstellung gleichmäßiger und fehlerfreier Teile erforderlich ist. Diese Pulver werden in erster Linie durch Gaszerstäubung, Plasmazerstäubung oder das Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden erzeugt. Alle diese Verfahren erzeugen Pulver mit unterschiedlichen Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen eingesetzt werden können.
Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, rostfreie Stähle, Kobalt-Chrom-Legierungen und Superlegierungen auf Nickelbasis sind häufig verwendete Materialien in der additiven Fertigung. Titan- und Kobalt-Chrom-Legierungen werden aufgrund ihrer Biokompatibilität und Festigkeit häufig in medizinischen Implantaten verwendet, während Superlegierungen auf Nickelbasis aufgrund ihrer hohen Hitzebeständigkeit häufig in Teilen der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.
Werkstoffvergleichstabelle für die additive Fertigung
Die Wahl des richtigen Materials ist für eine erfolgreiche additive Fertigung von entscheidender Bedeutung. Nachstehend finden Sie eine Vergleichstabelle, die die wichtigsten Eigenschaften und typischen Anwendungen der häufig verwendeten Metalle für die additive Fertigung aufzeigt:
|
Werkstoff Typ |
Festigkeit |
Korrosionsbeständigkeit |
Gewicht |
Anwendungen |
|
Titan-Legierungen |
Hohe |
Ausgezeichnet |
Leicht |
Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate |
|
Aluminium-Legierungen |
Mäßig |
Gut |
Sehr leicht |
Automobil, Luft- und Raumfahrt |
|
Rostfreie Stähle |
Hoch |
Ausgezeichnet |
Schwer |
Werkzeuge, Automobilbau, Industrie |
|
Kobalt-Chrom-Legierungen |
Sehr hoch |
Ausgezeichnet |
Schwer |
Medizin, Zahnimplantate |
|
Superlegierungen auf Nickelbasis |
Sehr hoch |
Gut |
Schwer |
Luft- und Raumfahrt, Gasturbinen |
Diese Tabelle hilft Ingenieuren und Konstrukteuren bei der Auswahl von Werkstoffen, die auf spezifische Anwendungsanforderungen abgestimmt sind, wobei Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Gewicht und branchenspezifische Anforderungen berücksichtigt werden. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).
Die additive Fertigung bietet erhebliche Vorteile, darunter schnelles Prototyping, kundenspezifische Massenfertigung und kürzere Markteinführungszeiten. Die Industrie verlässt sich zunehmend auf diese Technologien, um Teile zu produzieren, die auf herkömmliche Weise nicht möglich oder wirtschaftlich unrentabel waren.
Häufig gestellte Fragen
Häufig gestellte Fragen
Welche Branchen profitieren am meisten von der additiven Fertigung?
Die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Medizin- und Zahntechnik sowie die Verteidigungsindustrie profitieren am meisten von der additiven Fertigung, da sich mit ihr komplexe und kundenspezifische Teile leicht herstellen lassen.
Warum werden bei der additiven Fertigung kugelförmige Metallpulver anstelle von anderen verwendet?
Sphärische Metallpulver haben eine bessere Fließfähigkeit und Packungsdichte, was eine gleichmäßige Schichtung und bessere mechanische Eigenschaften der Endprodukte gewährleistet.
Welche Probleme treten bei der additiven Fertigung häufig auf?
Typische Herausforderungen sind die Auswahl der Materialien, die gleichmäßige Druckqualität, die Anforderungen an die Nachbearbeitung und die Reproduzierbarkeit komplizierter Designs.
Ist die additive Fertigung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wirtschaftlich sinnvoll?
Die additive Fertigung ist wahrscheinlich für die Produktion von Kleinserien, kundenspezifischen Teilen und komplizierten Geometrien wirtschaftlich günstiger, für die Massenproduktion von Lagerteilen jedoch möglicherweise weniger wirtschaftlich.
Kann die additive Fertigung für die Großserienproduktion eingesetzt werden?
Während die additive Fertigung ihre Stärken bei der Herstellung von Prototypen und kleinen bis mittelgroßen Serien hat, haben die jüngsten Innovationen ihre Grenzen erweitert und ermöglichen nun die Produktion größerer Serien, abhängig von der Komplexität der Teile und der Materialauswahl.
