Pooria Sohi
November 21, 2022
5 min read
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In diesem Artikel erfahren Sie, was die additive Fertigung von Metallen ist, welche Technologien es gibt und welche Möglichkeiten der additiven Fertigung von Metallen in Autodesk Fusion 360 zur Verfügung stehen.
Additive Fertigung ist in den heutigen Arbeitsabläufen von Designern und Ingenieuren die Norm. Designer und Ingenieure haben sich an FFF-Maschinen gewöhnt, weil sie leicht zugänglich und erschwinglich sind und weil Kunststoff leicht zu beschaffen ist. Mit der Weiterentwicklung der Branche werden jedoch auch Metallanwendungen immer zugänglicher – es gibt jetzt sogar Desktop-Maschinen für die additive Fertigung von Metall.
Im Einklang mit diesem Wandel in der Branche hat Fusion 360 durch Erweiterungen Metalldruckfunktionen in den Bereich der additiven Fertigung eingeführt. Jetzt ist also der perfekte Zeitpunkt, um über die additive Fertigung von Metallen zu sprechen – was es ist, die verschiedenen verfügbaren Technologien zur additiven Fertigung von Metallen und wie dieser Prozess für Sie hilfreich sein könnte. Lesen Sie weiter, um einen vollständigen Überblick über diese spannende Technologie zu erhalten.
Beginnen wir also mit der am einfachsten zu beantwortenden Frage: Warum sollten Sie sich für die additive Fertigung von Metallen interessieren? Nun, die wichtigsten Gründe sind:
Wenn Sie neu auf dem Gebiet der additiven Fertigung von Metall sind, wissen Sie vielleicht nicht, dass es eine Vielzahl von Technologien zur Herstellung von 3D-gedruckten Metallteilen gibt, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben.
DMLS-Verfahren in Aktion. Bild mit freundlicher Genehmigung von EOS GmBH.
Wenn Sie ein erfahrener Anwender in der additiven Fertigung sind, sind Sie zweifellos mit dem selektiven Lasersintern (SLS) vertraut. SLS verwendet eine Art Kunststoffpulver in Kombination mit einem Laser, der das Pulver entlang der Laserspur schmilzt und verschmilzt. Je mehr Pulver aufgeschichtet wird, desto mehr verschmilzt die Schicht und desto mehr Formen entstehen.
SLS ist die älteste und am weitesten verbreitete Form des 3D-Drucks, bei der Kunststoffpulver verwendet wird. Diese Technologie ist gut entwickelt, konsistent und zuverlässig. Bei der additiven Fertigung von Metallen ist diese Technologie entweder das Direkte Metall-Lasersintern (DMLS) oder das Selektive Laserschmelzen (SLM). Beide Technologien sind sehr ähnlich aufgebaut wie SLS.
SLM und DMLS verwenden ein ähnliches Verfahren, bei dem Metall mit einem Laser zusammengefügt wird und Stützmaterialien für Überhangwinkel usw. verwendet werden. Diese Technologie ist sehr zuverlässig, gut entwickelt und produziert qualitativ hochwertige Teile. Allerdings sind pulverförmige Metalle sehr flüchtig und können bei unsachgemäßer Handhabung explodieren, was natürlich sehr gefährlich ist.
Neue Unternehmen wie Xact Metal machen jedoch die Vorteile der DMLS-Fertigung für die breite Masse zugänglich, und zwar zu einem deutlich niedrigeren Preis als die meisten anderen auf dem Markt erhältlichen Maschinen. Diese Maschinen haben eine wesentlich geringere Stellfläche als ältere Generationen, was sie für die meisten Unternehmen erschwinglicher macht.
Bei einem wohlklingenden Namen wie Elektronenstrahlschmelzen sollte es nicht überraschen, dass diese Technologie eine Weiterentwicklung der oben genannten laserbasierten Systeme ist. Der Hauptunterschied zwischen Lasersystemen und EBM besteht darin, dass beim EBM ein Elektronenstrahl verwendet wird. Der Elektronenstrahl feuert auf das Pulverbett, das dort, wo der Strahl es berührt, verschmilzt und so die Druckschichten erzeugt.
Diese Technologie ist sehr schnell und kann die potenzielle Verformung des Teils minimieren, da das Pulverbett gleichmäßig erwärmt wird, so dass die Temperaturänderung beim Zusammenschmelzen des Pulvers nicht so extrem ist. Der Kompromiss ist hier die Genauigkeit und das Bauvolumen. Elektronenstrahlen sind nicht so fein wie ein Laser, so dass die Teile „rauer“ sind als ihre DMLS-Gegenstücke, und derzeit sind
DMLS/SLM-Maschinen mit viel größeren Bauvolumen erhältlich als ihre EBM-Gegenstücke.
Um es ganz offen zu sagen: Das sind meine persönlichen Lieblingsgeräte, nicht weil sie unbedingt besser sind. Sie sehen einfach am coolsten aus. Zufuhrbasierte Systeme arbeiten in der Regel mit einer Spule oder einem Trichter mit Rohmaterial. Spulensysteme arbeiten durch Schmelzen und Aufschichten auf eine Art und Weise, die Ihnen sehr vertraut sein wird, wenn Sie bereits FFF-3D-Drucker verwendet haben, aber eigentlich sind sie eher mit dem Lichtbogenschweißen verwandt.
DED-Systeme auf Trichterbasis arbeiten durch Dispersion von Metallpulver, das durch die Wärmequelle geschmolzen wird. Diese Maschinen legen das Metall ab, indem sie Metallpartikel aus einem Trichter in den Strahlengang eines Laser- oder Elektronenstrahls schießen, der das Material beim Aufprall zusammenschmilzt. Der Strahl des Rohmaterials wird in der Regel mit einem Inertgas abgeschirmt, um ihn vor dem Sauerstoff in der Luft zu schützen (damit nichts explodiert), so dass die Teile sehr schnell entstehen. Beim DED-Verfahren wird das geschmolzene Metall direkt auf die aufgebaute Platte und dann auf die vorherige Schicht aufgetragen, wodurch das Teil entsteht.
DED-Druck in Arbeit. Bild mit freundlicher Genehmigung von RAMlabs.
DED-Systeme lassen sich leicht einsetzen, drucken sehr schnell und produzieren leistungsstarke Teile, da das Verfahren die Kristallisation der Metalle beim Abkühlen nur minimal stört. Allerdings weisen die mit DED hergestellten Teile in der Regel sehr raue Oberflächen auf. Daher werden die meisten DED-Teile in einer CNC-Maschine nachbearbeitet, um ihnen eine hohe Oberflächengüte zu verleihen, aber dieser Prozess ist streng genommen nicht notwendig, es sei denn, die Genauigkeit der fertigen Form ist erforderlich (in den meisten Fällen ist sie das).
Die additive Fertigung mit Lichtbogen (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) ist eine Untergruppe des DED-Verfahrens, sollte aber unabhängig davon erwähnt werden. WAAM beruht auf denselben Grundsätzen wie DED, nutzt aber speziell die Technologie, mit der ein Lichtbogenschweißgerät funktioniert. Das Material wird
aufgeschichtet, indem ein Materialdraht auf eine Platte geführt wird, um den Lichtbogen zu erzeugen. Wie andere DED-Technologien produziert WAAM sehr schnell Teile mit stabilen Materialeigenschaften, aber sie sind sehr rau.
Dies sind nur einige Beispiele für additive Fertigungstechnologien für Metalle. Weitere Systeme werden erforscht, vom Abfeuern von Metallpartikeln mit Mach-Geschwindigkeit auf Bauplatten bis hin zu Partikeln im Nanobereich, die durch eine Flüssigkeit getragen werden und miteinander verschmelzen, während die Flüssigkeit verdampft, um Teile herzustellen. Dieser Prozess ähnelt der unglaublichen Technologie von XJET oder dem, was Spee3D macht.
Wie Sie sehen, ist die additive Fertigung von Metallteilen eine aufregende Technologie mit großartigen Anwendungen heute und spannenden Möglichkeiten für die Zukunft. Sind Sie daran interessiert, Metallteile mit Fusion 360 zu drucken? Schauen Sie sich die Erweiterung Fusion 360 Additive Build an.
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