Der Metall-3D-Druck eröffnet eine völlig neue Welt der Fertigungsmöglichkeiten für Technologie und Industrie. Er macht langwierige Werkzeugproduktion überflüssig, was die Kosten pro Teil drastisch reduziert und geometrische Freiheit durch additive Prozesse bietet. Darüber hinaus ermöglicht der Metall-3D-Druck eine Automatisierung, weil die Drucker Teile automatisch aus Designdateien herstellen können.

Führende Hersteller nutzen diese Technologie bereits, um schnell Prototypen von 3D-Druckteilen aus Metall zu erstellen oder bei Bedarf Ersatzteile zu drucken.

Aber wie funktioniert das alles? Wir haben Anwendungsingenieur Tripp Burd gebeten, uns in diesem Video durch den gesamten Metall-3D-Druckprozess von Markforged zu führen, indem wir uns alles vom Design zum funktionalen Metallteil ansehen.

Die drei Hauptschritte im Metall-3D-Druckprozess sind Drucken, Waschen und Sintern. Jeder Schritt hat einzigartige Bereiche, in denen sich der Metall-3D-Druck von der traditionellen Fertigung unterscheidet.

Jedes 3D-Druckteil beginnt im CAD-Programm, wo Sie Ihr Teil entwerfen. Dann exportieren Sie nach STL und laden es in Eiger hoch. Eiger ist ein Cloud-basiertes Slicing- und Druckmanagementsystem, das mit jedem Produkt von Markforged geliefert wird. Eiger konfiguriert Ihr Teil automatisch auf der Grundlage des Materials und des Druckers, den Sie für den Auftrag verwenden.

Wenn Eiger Ihr Teil sliced, wird es hochskaliert, um Schrumpfung und Verformung in den nachgelagerten Prozessen zu berücksichtigen. Eiger unterteilt Ihr Teil dann in einzelne Layer und identifiziert überhängende Elemente und baut Supports und eine Platte (Raft) unter Ihr Teil.

Eiger überwacht auch den Fortschritt des Metallteils in jeder Phase des Prozesses. Nachdem der Druck mit einer Drucksoftware vorbereitet wurde, ist es an der Zeit, zum Metall-3D-Drucker selbst, dem Metal X, überzugehen.

Vor dem Start eines Druckvorgangs erstellt der Metal X automatisch eine Karte und nivelliert das Druckbett mit Hilfe eines einzigartigen Düsenaufsetzverfahrens. Dadurch wird sichergestellt, dass die erste Schicht korrekt gedruckt wird. Der Druck wird aus zwei Materialien hergestellt, die in der beheizten Kammer über dem Drucker gelagert sind. Das erste Material ist das Metall und das zweite ist ein keramisches Trennmittel. Bei diesem Filamentmaterial handelt es sich um Metallpulver, das sicher in einem zweiteiligen Kunststoffbinder suspendiert ist. Das Filament wird erhitzt und auf die Bauplatte extrudiert, wo das Teil Schicht für Schicht aufgebaut wird. Das Trennmaterial wird als Grenzfläche zwischen dem Teil und dem Support extrudiert, so dass es, sobald Ihr Teil aus dem Ofen kommt, leicht zu entfernen ist.

Im Gegensatz zu anderen Metall-3D-Drucksystemen verwendet das Metal X-Verfahren kein loses Metallpulver, was zu einem sichereren und kostengünstigeren Arbeitsablauf führt.

Das Markforged Metal X-System ist in der Lage, in Edelstahl 17-4 PH, H13, A2 und D2 Werkzeugstahl, Kupfer und Inconel 625, zusammen mit verschiedenen anderen Materialien, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, zu drucken. Sie können leicht zwischen den benötigten Materialien durch einfachen Spulenaustausch wechseln.

Sobald Ihr Teil fertig gedruckt ist, werden Sie vom Drucker per E-Mail benachrichtigt. Zu diesem Zeitpunkt können Sie zum Drucker gehen, das Teil vom Druckpapier entfernen und das Druckbett leeren.

Zu diesem Zeitpunkt liegt das gedruckte Teil als Grünling vor. Im nächsten Schritt wird es für den Entbinderungsprozess in die Wäsche gegeben.

Im Waschschprozess entfernt die Markforged Wash-1 die erste Stufe des Bindematerials. Der Grünling wird aus dem Drucker entnommen und in den Waschkorb gelegt, der dann in das Lösungsmittel eingetaucht wird.

Die Waschzeiten variieren während dieser Phase von einigen Stunden bis zu einigen Tagen, abhängig von der dicksten Stelle Ihres Bauteils. Nachdem das Waschen abgeschlossen ist, haben Sie ein braunes Teil. Wir gehen dann zum Sinterprozess über.

Durch Sintern wird ein braunes Teil in ein Vollmetallteil umgewandelt. Dazu wird die Temperatur langsam hochgefahren, um die Reste des verbleibenden Bindematerials wegzubrennen. Wenn die Temperatur näher an den Schmelzpunkt des Materials heranrückt, verschmelzen die Metallpartikel zu einem festen Metallteil.

Der Markforged Sinter-2 ist ein Ofen, der für mittlere Produktionsvolumen und größere gedruckte Teile ausgelegt ist. Der Sinter-2 und andere Markforged-Sinteröfen verwenden eine kohlenstofffreie Retorte, um sicherzustellen, dass die Standards für Teilequalität und Legierungszusammensetzung für fertige Teile eingehalten werden.

Jeder Durchlauf dauert etwa einen Tag und kann mit der Eiger-Software fernüberwacht werden. Sobald ein Durchlauf abgeschlossen ist, kann der Einlegetisch mit den fertigen Metallteilen aus dem Ofen entnommen werden. Nach der Entnahme aus dem Ofen sind diese Teile einsatzbereit.

Im Ofen verwandelt sich die Schicht des gedruckten Trennmaterials zwischen Support, Raft und Ihrem Druckteil in Pulver. Auf diese Weise kann das Teil an die Platte geheftet werden, um das Schrumpfen und die Genauigkeit während des gesamten Prozesses besser zu kontrollieren, aber auch ein leichtes Ablösen nach dem Sintern zu ermöglichen.

In diesem Stadium ist Ihr Teil vollständig gesintert und gebrauchsfertig. Es kann nachbearbeitet, poliert oder anderweitig bearbeitet werden, wie es für die Endanwendung erforderlich ist. Bei vielen Anwendungen genügt die Genauigkeit und Festigkeit des Teils nach diesem Prozess für seine Verwendung.

Anhand dieses Prozesses können Sie sehen, wie der Metall-3D-Druck eine sichere und kostengünstige Methode der additiven Metallherstellung bietet. Diese Prozesse treiben bereits Innovationen in der Lean Manufacturing voran.

Das ist Fertigung neu definiert!