Präzision, Schnelligkeit, Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer des produzierten Objekts – das sind die Vorteile, die wir dem 3D-Druck zuschreiben. Insbesondere, wenn es um Metallwerkstücke geht. Im Folgenden nehmen wir das Endprodukt genauer unter die Lupe.
Eine beliebige geometrische Form computergesteuert schichtweise aufbauen – seit den 80er-Jahren hat sich die Technologie des 3D-Drucks stetig weiterentwickelt. Ebenso die verschiedenen Verfahren, die Werkstücke, -objekte oder -formen additiv zu fertigen. Gerade der 3D-Druck in Metall überzeugt immer mehr Unternehmen, in diese Technologie zu investieren, da sie erhebliche Vorteile bietet.
Die Beschaffenheit und Vorteile verschiedener Metalle
Das Metall-3D-Druckverfahren, auch additive Fertigung genannt, ist aktuell ein wichtiger Gegenstand der Forschung und wird stetig weiterentwickelt. Schlüsselindustrien sind die Automobilbranche, Luft- und Raumfahrt sowie der Werkzeugbau und die Medizintechnik. Je nach Einsatzgebiet spielt die Beschaffenheit der Werkstücke eine grosse Rolle und dem entsprechend auch, welches Metall zum Einsatz kommen soll oder muss. Für Rennwagen etwa oder in der Weltraumtechnik ist ein geringes Gewicht bei gleichzeitiger Stabilität von Bedeutung.
Zu diesem Zweck werden beispielsweise Aluminiumlegierungen verwendet, da sie ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis besitzen und korrosionsbeständig sind. Das seltene Metall Gallium wird häufig in einer Legierung mit Indium eingesetzt. Deren niedrige Schmelztemperatur (29,7°) sowie ihre Eigenschaft, an der Luft auszuhärten – wobei die Substanz im Innern flüssig bleibt – erlauben den Druck flexibler Gegenstände.
Stahl respektive Edelstahl kommt in Metall-3D-Druckverfahren am häufigsten zum Einsatz – zur Herstellung unterschiedlichster Bauteile. Das Material zeichnet sich durch eine besondere Widerstandsfähigkeit und Festigkeit aus, es eignet sich zur 3D-Fertigung von Gussformen und ermöglicht glatte und glänzende Oberflächen.
Titan ist ebenfalls relativ leicht und fest sowie korrosionsbeständig und biokompatibel. Kobaltchrom kommt häufig in der Medizin für Prothesen zum Einsatz sowie in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Hier siegen die besonders hitzebeständigen Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen. Weitere Metalle sind ausserdem Nickel-Legierungen sowie Edelmetalle wie Gold, Silber, Bronze oder Platin.
Der 3D-Druck als leistungsstarke Produktionsalternative
Wozu 3D-Druck in Metall imstande ist, zeigt das faszinierende Beispiel der Konstruktion eines Compliant Rotation Reducer Mechanism (CRRM), der von CSEM (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique) mittels additiver Fertigung für die ESA (European Space Agency) umgesetzt wurde. Es handelt sich dabei um einen hochkomplexen Getriebemechanimsus, der aus einem einzelnen Stück entwickelt und so effizient und funktional wie möglich konstruiert wurde. Es besteht aus Teilen mit flexiblen Strukturen, die völlig reibungslos funktionieren, also ohne dass Schmiermittel nötig wären. Es kann sich kein Staub ansammeln, Verschleiss ist ausgeschlossen und somit keine Wartung notwendig. Der Mechanismus besteht aus Hochleistungsstahl, was eine nahezu unendliche Lebensdauer garantiert. Eine Weltneuheit stellen die integrierten ineinandergreifenden flexiblen Elemente dar, die CSEM patentiert hat. Das macht den Mechanismus noch einmal robuster, sodass er Vibrationen und Stössen standhält, die beim Start eines Raumfahrzeugs auftreten.
Gründe, warum sich Industrien immer häufiger für Metall-3D-Druckverfahren entscheiden, ist ihr Bedarf an einer schnelleren, flexibleren und kleinteiligeren Fertigung. Hinzukommt, dass sich auch viele kombinierte Bauteile unkompliziert herstellen lassen, sodass sich dadurch die Anzahl von Bauteilen bei komplexen, zusammengesetzten Werkstücken reduzieren lässt, wie das CRRM-Beispiel zeigte.
Wie anfangs erwähnt, schreitet die Entwicklung von 3D-Druck immer weiter fort. Mit ständig neuen Verfahren vergrössern sich auch der Anwendungsbereich und die praktischen Einsatzmöglichkeiten. Wurde der 3D-Druck noch überwiegend für das Rapid Prototyping eingesetzt, geht es immer mehr in Richtung standardmässiger Serienproduktion – und das Verfahren wird das Ingenieurwesen auch in den kommenden Jahren weiter revolutionieren.
