Metalle für den 3D-Druck spielen eine Schlüsselrolle für die Qualität, die Leistung und den Erfolg der Anwendung. In diesem Artikel wird untersucht, welche Metalle sich am besten für das Pulverbettschmelzen eignen, welche Eigenschaften sie haben, welche Varianten verfügbar sind und in welchen Branchen sie üblicherweise verwendet werden.
Alle vorgestellten Metalle sind vollständig kompatibel mit den 2Create und 2Create Plus Metall-3D-Druckern.
Das Wichtigste in Kürze
- Hochwertiges Metall für den 3D-Druck: Metall sorgt für starke, präzise und zuverlässige Teile.
- Powder Bed Fusion (SLM & EBM): Das am weitesten verbreitete Verfahren für die additive Fertigung von Metallen.
- Gebräuchliche Metalle: Rostfreier Stahl, Werkzeugstahl, Titan, Kobalt-Chrom, Nickelsuperlegierungen und Aluminium.
- 2Create & 2Create Plus: Unterstützt alle wichtigen Metallpulver für industrielle und medizinische Anwendungen.
3D gedruckte Modding-Gasdüse (Edelstahl) für 2Create
Metall für den 3D-Druck
Metall für den 3D-Druck ist in verschiedenen Formen erhältlich, darunter Pulver, Draht, Flüssigkeit und Filament, je nach Anwendung und additivem Fertigungsverfahren.
Die gängigste Methode im Metall-3D-Druck ist die Pulverbettfusion (SLM und EBM), bei der Metallpulver selektiv geschmolzen und Schicht für Schicht verschmolzen werden.
Metalle für den 3D-Druck - Materialien
Metalle wie Edelstahl, Werkzeugstahl, Titan, Kobalt-Chrom, Superlegierungen auf Nickelbasis (z. B. Inconel), Aluminium und Kupferlegierungen gehören zu den am häufigsten verwendeten Metallen für den 3D-Druck.
Sie werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Werkzeug- und Maschinenbau sowie Medizintechnik. (SLM).
3D Druck von rostfreiem Stahl
Edelstahl ist ein metallischer Werkstoff mit besonderer Korrosionsbeständigkeit, hoher Festigkeit sowie ausgezeichneter Temperaturbeständigkeit, Langlebigkeit und Leitfähigkeit.
3D gedruckte Objekte aus Edelstahl können im Vergleich zu traditionellen Fertigungsmethoden die gleiche oder sogar eine höhere Festigkeit aufweisen. Der Härtegrad, die Festigkeit sowie weitere Eigenschaften von 3D gedrucktem Edelstahl hängen maßgeblich von der Wahl des 3D Druckverfahrens und des eingesetzten Werkstoffs ab.
Häufig eingesetzte Edelstahllegierungen sind der 316L sowie 17-4 PH. 316L zeichnet sich dabei durch seine hohe Korrosionsbeständigkeit aus, während 17-4 PH eine außergewöhnliche Aushärtbarkeit (Precipitation Hardening-Technologie) ermöglicht.
Edelstahl 3D Druck Anwendungen
3D gedruckte Objekte aus Edelstahl finden in unterschiedlichsten Branchen Anwendung, darunter die Medizin- und Dentaltechnik, die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie sowie die Assistive Technologie.
Edelstahl 3D Druck Pulver
Edelstahl, der für den Edelstahl 3D Druck verwendet wird, ist in verschiedenen Legierungen und mit unterschiedlichen Eigenschaften verfügbar, wie beispielsweise 316L, 304L, 630, 410, 420, 254, 17-4 PH, 15-5 PH, PH1 und GP1. Dabei findet 316L die häufigste Anwendung im metallischen 3D Druck, da es eine hohe Korrosionsbeständigkeit sowie gute Duktilität aufweist.
Geprüfte Materialien für die 2onelab Drucksysteme: forAM 316L VG, MetcoAdd™ 17-4PH
3D-gedrucktes Bauteil (rostfreier Stahl; 17-4PH) von 2onelab
Werkzeugstahl 3D Druck
Werkzeugstähle zeichnen sich durch ihre hohe Verschleißfestigkeit und Härte aus, sind besonders temperaturbeständig, langlebig und verfügen über eine gute Duktilität. Sie gehören zur Gruppe der Eisenlegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 2 % sowie geringen Anteilen an Phosphor und Schwefel. Im 3D-Druck kommen sowohl legierte als auch unlegierte Werkzeugstähle zum Einsatz, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden.
Werkzeugstahl 3D Druck Anwendungen
3D gedruckte Geometrien aus Werkzeugstahl werden in der Industrie zur Herstellung von Werkzeugen, Werkzeugkomponenten und im Formenbau (Additive Tooling oder Rapid Tooling) eingesetzt. Diese Formen kommen folglich in weiteren Fertigungsprozessen zum Einsatz, wie beispielsweise bei der Extrusion, dem Gießen, dem Spritzgießen oder dem Stanzen.
Werkzeugstahl 3D Druck Pulver
Für den Werkzeugstahl 3D Druck kommen folgende Werkzeugstahlpulver zum Einsatz: D2, M2, H13, H11, MS1 und 1.2709.
Validierte Materialien für die 2onelab Drucksysteme: Stainless Steel Super Duplex, metal-ceramic cermet composite powder
Metall 3D-gedruckte Formen (Titan) von 2onelab
Titan 3D Druck
Titan und Titanlegierungen zeichnen sich durch eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität, ein hervorragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis sowie eine geringe Wärmeausdehnung aus. Aufgrund dieser Eigenschaften ist Titan das am häufigsten verwendete Metall in der additiven Fertigung.
Titan 3D Druck Anwendungen
Aufgrund seiner Biokompatibilität wird Titan besonders in der Medizin- und Dentaltechnik unter anderem für die passgenaue Fertigung von Prothesen und Implantaten genutzt. Darüber hinaus findet der Titan 3D Druck ebenfalls Verwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie Automobil- und Elektronikindustrie.
Titan 3D Druck Pulver
Für den Titan 3D Druck sind folgende Titanpulver verfügbar: Ti-6Al-4V, Beta 21S, Cp-Ti (reines Titan) und TA15.
Validierte Materialien für die 2onelab Drucksysteme: STARBOND TI5 POWDER 45 (Ti-6Al-4V)
3D gedruckte Gelenkkugel aus Titan von 2onelab
Kobalt-Chrom 3D Druck
Kobalt-Chrom-Legierungen zeichnen sich durch ihre außergewöhnlich hohe Härte sowie exzellente Verschleiß-, Wärme- und Korrosionsbeständigkeit aus, wobei ihre Korrosionsbeständigkeit die von Edelstahl übertrifft. Zudem sind sie biokompatibel und eignen sich daher hervorragend für medizinische Anwendungen.
Kobalt-Chrom 3D Druck Anwendungen
Die Eigenschaften von Kobalt-Chrom ermöglichen ein breites Einsatzspektrum, das von der Luftfahrt- und Automobilindustrie bis hin zur Zahnmedizin und Medizintechnik reicht.
Kobalt-Chrom 3D Druck Pulver
Beispiele für Kobalt-Chrom-Pulver, die für den Kobalt-Chrom-3D-Druck geeignet sind: CoCr, CoCrW, CoCr F75 und CoCr28Mo6
Validierte Materialien für die 2onelab Drucksysteme: Mediloy® S-Co, Mediloy® RPD, Kera®S-Powder, Remanium Star Powder, Starbond Easy Powder 30
3D gedruckte Zahnmodelle (CoCr) von 2onelab
Superlegierungen auf Nickelbasis 3D Druck
Nickelbasierte Superlegierungen, wie beispielsweise Inconel, zählen zu den Hochleistungslegierungen und zeichnen sich durch exzellente mechanische Eigenschaften sowie eine besondere Beständigkeit gegenüber Korrosion und hohen Temperaturen aus. Diese Eigenschaften prädestinieren sie für den Einsatz in extremen Umgebungen, wie sie etwa bei Turbinen oder Raketen auftreten.
Anwendungen im 3D Druck
Nickelbasierte Legierungen kommen in anspruchsvollen industriellen Anwendungen der Luft- und Raumfahrt, der Marine sowie der Energie- und Automobilindustrie zum Einsatz. Sie gewährleisten eine hohe Beständigkeit gegenüber mechanischen Belastungen und extremen Umgebungsbedingungen.
Superlegierungen auf Nickelbasis 3D-Druck-Pulver
Für den Metall 3D Druck von Nickelbasierten Superlegierungen in Pulverform eignen sich: Inconel 625, Inconel 718, Hastelloy X und Haynes 282.
Aluminium 3D Druck
Aluminium-Legierungen zeichnen sich durch gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aus, verfügen über eine gute Korrosionsbeständigkeit und kombinieren eine geringe Dichte mit einer beachtlichen Festigkeit, je nach Legierungen.
Aluminium 3D Druck Anwendungen
Aluminiumlegierungen eignen sich aufgrund ihres geringen Gewichts bei gleichzeitig hoher Festigkeit besonders für Leichtbaukonstruktionen, die in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Medizintechnik sowie im Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt werden.
Aluminium 3D Druck Pulver
Typische Aluminiumlegierungen für den Aluminium 3D Druck sind AlSi10Mg, AlSi12 und Al6061.
Validierte Materialien für die 2onelab Drucksysteme: forAM® AlSi10Mg 20-63 GA
3D-gedruckte Aluminiumdüse von 2onelab
Wie man das beste Metall für den 3D-Druck auswählt
Beachten Sie die folgenden Schritte zur Auswahl der optimalen Metalle für den 3D-Druck:
1. Definieren Sie im Vorfeld die Leistungsanforderungen an das zu fertigende Objekt. Die Anforderungen können äußere Einflüsse umfassen, denen das Endprodukt ausgesetzt sein wird sowie zu erwartende mechanische Belastungen während der Nutzung.
2. Vergleichen Sie die Leistungsanforderungen mit den Eigenschaften des jeweiligen Metalls. Stellen Sie sicher, dass das ausgewählte Material sowohl den Anwendungsanforderungen als auch den Betriebsbedingungen entspricht. Benötigen Sie beispielsweise ein Metall mit hoher mechanischer Festigkeit oder ausgeprägter Korrosionsbeständigkeit?
3. Wählen Sie abschließend das Material aus, das die definierten Leistungs- und Objektanforderungen am besten erfüllt. So gewährleisten Sie eine zuverlässige Funktionalität und eine lange Lebensdauer der Fertigung.
Fazit - Metall für den 3D-Druck
Die Wahl des richtigen Metalls für den 3D-Druck hängt vom Herstellungsverfahren und der geplanten Anwendung ab.
Pulverbettschmelzen (SLM und EBM) ist das am weitesten verbreitete Verfahren, das die Herstellung von Hochleistungsbauteilen aus Metallen wie Edelstahl, Werkzeugstahl, Titan, Nickelbasis-Superlegierungen, Kobalt-Chrom und Aluminium ermöglicht.
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FAQ: Metall für den 3D-Druck
Können 3D-Drucker Metall drucken?
Die Herstellung von Objekten aus Metall durch additive Fertigungsverfahren ist möglich. Verfahren wie das Selektive Laserstrahlschmelzen (SLM) nutzen spezielle 3D Drucker, um Metalle schichtweise zu einem Objekt aufzubauen.
Welche Metalle werden für den 3D-Druck verwendet?
Für den Metall 3D Druck konnten sich folgende Metalle bewähren: Stahl (Edelstahl, Werkzeugstähle), Titanium, Kobalt-Chom, Nickelbasierte Superlegierungen, Aluminium und Kupfer.
Anwendungsbereiche erstrecken sich von der Luft- und Raumfahrt über die Fahrzeugtechnik und die Medizin- sowie Dentaltechnik bis hin zur Elektronikindustrie.
Welche Metalle sind nicht für den 3D-Druck geeignet?
Grundsätzlich kann jedes Metall für den 3D Druck verwendet werden, sofern es in geeigneter Pulverform vorliegt und sich bei hohen Temperaturen auf- und zusammenschmelzen lässt, ohne zu verbrennen. Die Metallextrusion durch eine Düse ist in der Regel realisierbar, wenn letztgenannte Materialanforderungen nicht erfüllt werden.
Wie stabil ist 3D-gedrucktes Metall?
Mit dem 3D Druck von Metall lassen sich Objekte drucken, die sehr stabil sind und mechanische Eigenschaften aufweisen, die mit der traditionellen Fertigung vergleichbar sind oder sie übertreffen. Beeinflussende Faktoren sind hierbei die Auswahl des Metallwerkstoffs, das Additive Fertigungsverfahren, die Druckparameter sowie die Nachbereitung.
Kann man Titan in 3D drucken?
Objekte können aus dem metallischen Werkstoff Titan oder in Form von Titanlegierungen im 3D-Druck hergestellt werden. Hierbei kommt entweder reines Titan, wie Cp-Ti, oder spezifische Legierungen zum Einsatz, die durch besondere Eigenschaften bestimmten Anforderungen gerecht werden. Beispiele hierfür sind Ti-6Al-4V, Beta 21S und TA15.
Titan zeichnet sich durch eine hervorragende Biokompatibilität aus und wird insbesondere in der Medizin- und Dentaltechnik für die Fertigung passgenauer Implantate und Prothesen verwendet.
Kann man Aluminium in 3D drucken?
Der 3D Druck von Aluminiummetall eignet sich aufgrund seines geringen Gewichts in Kombination mit hoher Festigkeit vor allem für den Bereich der Luft- und Raumfahrt. Schließlich zeichnen sich diese Branchen durch ihre Leichtbauweise aus, wodurch dem Gewicht eine besondere Rolle zukommt.
Weitere Links:
Autor: Markus Wolf
Leidenschaftlich für den 3D-Druck und gleichzeitig
CTO und Mitbegründer von 2onelab.
