3D-Druck von Metallen

Der 3D-Druck von Metallen hat sich von einer Nischenforschungsmethode zu einer robusten industriellen Lösung entwickelt. Er ermöglicht die Herstellung voll funktionsfähiger, hochleistungsfähiger Komponenten aus Materialien wie Edelstahl, Titan, Aluminium und Kobalt-Chrom – ohne dass Formen, Werkzeuge oder subtraktive Bearbeitung erforderlich sind. Sie wird heute in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Medizin und im Werkzeugbau eingesetzt, um stabile, leichte und geometrisch komplexe Teile herzustellen.

Können Sie Metall in 3D drucken?

Ja – und sie ist fortschrittlicher als je zuvor. Der 3D-Druck von Metall ist keine theoretische Möglichkeit, sondern eine etablierte Technologie, die bereits in wichtigen Anwendungen eingesetzt wird. Kann ein 3D-Drucker Metall drucken? Auf jeden Fall – aber er benötigt spezielle Hardware und Materialien, die auf hohe Temperaturen, kontrollierte Atmosphären und feines Pulvermanagement zugeschnitten sind.

So funktioniert der 3D-Druck von Metall

Der 3D-Druck von Metall beruht auf der Pulverbettfusion oder der direkten Energieabscheidung. Bei der gängigsten Methode – Laser Powder Bed Fusion (LPBF) – wird eine dünne Schicht Metallpulver für den 3D-Druck auf einer Bauplatte verteilt. Ein Hochleistungslaser schmilzt das Pulver selektiv in bestimmten Bereichen, Schicht für Schicht, um die endgültige Geometrie zu erzeugen. Nach jeder Schicht senkt sich die Plattform leicht und eine neue Schicht Puder wird aufgetragen.

Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis das Teil vollständig geformt und mit unbenutztem Pulver umhüllt ist. Das Objekt wird dann beim 3D-Drucken von Metall gesintert oder einer Nachbehandlung unterzogen, um innere Spannungen abzubauen und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

3D-Druckverfahren für Metall

Es gibt mehrere wichtige 3D-Drucktechnologien für Metall:

Merkmal / Technologie	LPBF (Laser)	EBM (Elektronenstrahl)	DED (Direkte Ablagerung)	Binder Jetting
Wärmequelle	Laser	Elektronenstrahl	Laser oder Plasmalichtbogen	Keine (Bindemittel + Ofen)
Materielle Form	Puder	Puder	Pulver oder Draht	Puder
Atmosphäre	Inertes Gas (Argon)	Vakuum	Inert oder unter freiem Himmel	Umgebungsbedingungen
Oberflächenbehandlung	Fein (hohe Details)	Mäßig	Grob	Fein nach der Sinterung
Geschwindigkeit aufbauen	Medium	Schnell	Schnell	Sehr schnell
Am besten für	Präzisionsteile	Hochtemperatur-Legierungen	Große Reparaturen oder Neubauten	Kostengünstige, serienmäßige Teile
Nachbearbeitung	Präzisionsteile	Erforderlich	Optional (Bearbeitung)	Obligatorisch (Sintern)

3D-Druck von Metallmaterialien

Metall-3D-Drucker können eine Vielzahl von Legierungen verarbeiten, darunter:

rostfreie Stähle (z.B. 316L) – korrosionsbeständig und preiswert,
Titanlegierungen (z.B. Ti-6Al-4V) – stark, leicht und biokompatibel,
Aluminiumlegierungen – gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Wärmeleitfähigkeit,
Kobalt-Chrom – für hohe Verschleißfestigkeit und dentale/medizinische Anwendungen,
Werkzeugstähle – für gehärtete Einsätze, Matrizen und Schneidwerkzeuge.

Jedes Metall für 3D-Druckersysteme wird als feines Pulver formuliert, das in der Regel einen Durchmesser von 15-45 Mikrometern hat, um ein optimales Fließen und Verschmelzen zu gewährleisten.

3D-Druckanwendungen aus Metall

Der 3D-Druck von Metall ist weit verbreitet in:

Luft- und Raumfahrt – leichte Halterungen, Strukturkomponenten, Turbinenteile,
Medizinisch – patientenspezifische Implantate, orthopädische Geräte, Zahnkronen,
Automobil & Motorsport – Leistungskomponenten, Wärmetauscher, Gehäuse,
Werkzeuge – Spritzgussformeinsätze mit konformer Kühlung, Vorrichtungen, Spannzeuge,
Verteidigung und Energie – komplexe Geometrien, die mit Guss oder maschineller Bearbeitung nicht zu erreichen sind.

Seine größte Stärke liegt in der Herstellung von Teilen in kleinen bis mittleren Stückzahlen mit einem hohen Maß an Individualisierung, insbesondere wenn Gewichtseinsparungen oder Designfreiheit entscheidend sind.

3D-Druckanwendungen aus Metall

Die Kosten für den 3D-Druck von Metall sind nach wie vor höher als die für den Druck von Polymeren, was auf die Komplexität der Maschine, die Anforderungen an Inertgas, die Preise für Pulver und die Nachbearbeitung zurückzuführen ist. Industrielle Systeme liegen typischerweise zwischen $200.000 und über $1 Mio., während Pulver $300-700 pro kg kosten kann. Die Rentabilität ist jedoch bei Anwendungen, bei denen die traditionelle Herstellung teure Werkzeuge, lange Vorlaufzeiten oder eine Konsolidierung der Teile erfordern würde, eindeutig.

Es gibt Open-Source-Projekte für Metall-3D-Drucker, aber sie sind hauptsächlich experimentell. Der Metalldruck in echter Industriequalität erfordert eine strenge Kontrolle über Hitze, Sauerstoff und Präzision, die derzeit nur mit kommerziellen Maschinen erreicht werden kann.

Wie stabil ist 3D-gedrucktes Metall?

3D-gedruckte Metallteile können genauso stark – und in manchen Fällen sogar stärker – sein als solche, die durch Gießen oder maschinelle Bearbeitung hergestellt werden. Nach der Wärmebehandlung entsprechen die Zugfestigkeit und die Ermüdungsleistung oft den Standards für Knetmaterial. Mit der richtigen Kontrolle der Parameter erfüllen die Toleranzen und die mechanische Integrität von Metall-3D-Drucken die Anforderungen kritischer Zertifizierungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizin.

Fazit

Der 3D-Druck von Metallen ist nicht mehr nur eine aufstrebende Technologie – er ist eine bewährte Fertigungsstrategie. Es bietet unübertroffene Designfreiheit, hervorragende Materialeigenschaften und die Möglichkeit, komplexe Geometrien herzustellen, die maschinell nicht zu bearbeiten sind.

Da die additive Fertigung von Metall immer ausgereifter wird, lautet die Frage nicht mehr, ob Sie Metall in 3D drucken können, sondern wie Sie damit die Art und Weise, wie Dinge hergestellt werden, verändern können.

← Vorherige

Polymere im 3D-Druck

Biokompatible Materialien für den 3D-Druck

Entdecken Sie auch