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Was bisher nicht möglich war

 

Beim 3D-Drucken mit Metall ist man noch nicht so weit wie beim Kunststoff. Doch die Entwicklung schreitet voran, und der Boom könnte bald losgehen. Spezielle Schutzgase werden dabei eine wichtige Rolle spielen.

Die additive Fertigung, wie das 3D-Drucken in der Fachsprache heißt, findet bei der Verarbeitung metallischer Werkstoffe mehr und mehr Verbreitung. Die Herausforderungen sind hier viel größer als bei der Kunststoffverarbeitung. Das beginnt schon beim Ausgangsmaterial. „Metall-3D arbeitet meist mit einem Metallpulver, das in der Herstellung aufwendig ist und sehr hohen Qualitätsansprüchen genügen muss“, erklärt Dr. Bernd Hildebrandt, Spezialist für Schweißen und Schneiden bei Messer.

Pulverbett und Laserstrahl

Solche Metallpulver haben ihren Preis. Für den 3D-Druck werden sie wie die Kunststoffe zunächst portionsweise geschmolzen, aber damit endet auch schon die Ähnlichkeit der Verfahren. Aus einer dünnen Schicht von Metallpulver wird die erste Schicht des Bauteils erschmolzen, indem man das Metall mit einem geführten Laser- oder Elektronenstrahl erhitzt. Anschließend wird die nächste Schicht Pulver aufgetragen, und auch diese wird entlang der Bauteilkonturen zum Schmelzen gebracht. So entsteht Schicht für Schicht das gewünschte Produkt. Ein anderes additives Verfahren, das Pulverspritzen, erinnert mehr ans Schweißen. Das Pulver wird mit dem Trägergas in einen Laserkopf befördert, wo es mit einem Laserstrahl zusammentrifft und schmilzt. Vom Gasdruck getrieben, gelangt die Schmelze auf das Werkstück, durch die computergesteuerte Bewegung des Kopfes erhält sie die gewünschte Form. Vorhandene Bauteile lassen sich so auch ergänzen und verändern.

Komplexe Strukturen

Die additiven Verfahren brauchen Zeit. Je nach Größe kann es Stunden oder Tage dauern, bis ein Bauteil fertig ist. „3D-Druck mit Metall drängt sich bisher also nicht gerade für die Massenproduktion auf“, erläutert Dr. Hildebrandt. „Wenn es aber um hochwertige Teile mit komplexer Geometrie geht, wird die Sache sehr interessant. Man kann zum Beispiel in einem Durchgang Turbinenschaufeln mit verschlungenen Kühlkanälen herstellen, die mit konventionellen Verfahren gar nicht möglich gewesen wären.“ Tatsächlich gehört die Kraftwerkstechnik neben der Flugzeugindustrie zu den wichtigsten Einsatzgebieten der additiven Fertigung. Ein namhafter Reifenhersteller nutzt sie, um Profilformen für seine LKW-Reifen herzustellen. Geradezu ideal ist das Verfahren für die Herstellung von Implantaten, etwa Zahnersatz oder künstliche Hüftgelenke, die exakt an die Anatomie des Patienten angepasst sind.

Gas-Schutz

In jedem Fall braucht das geschmolzene Metall Schutz vor atmosphärischen Einflüssen und besonders vor Oxidation. Auch darin ist die additive Fertigung dem Schweißen verwandt. Im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsprojektes wurde prinzipiell der Einfluss verschiedener Gase bei der additiven Fertigung mit Metallen bestätigt. „Deshalb haben wir die Produktlinie ‚Addline‘ geschaffen. Ich erwarte, dass die Technologie bald einen Boom erleben wird, und wir sind darauf vorbereitet.“

Autor: Diana Buss, Messer Group