Die zunehmende Bedeutung von 3D-Druck in der Metallherstellung

Laut neuester Pressemeldungen können riesige, mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattete Roboter jetzt ganze Raketen im 3D-Druck herstellen. Eine Brücke aus dem 3D-Metalldruck wurde der Öffentlichkeit 2018 vorgestellt und wurde 2019 an ihrem endgültigen Standort in Amsterdam installiert.

Der 3D-Metalldruck wird als DIE neue Produktionstechnik für die Herstellung gepriesen und mischt die herkömmlichen Methoden auf. Es handelt sich um eine spannende Entwicklung; da wir seit vielen Jahren mit der Metallindustrie zusammenarbeiten, sind wir von technologischen Fortschritten begeistert, und das hier ist definitiv ganz oben mit dabei.

 

Der Aufstieg des 3D-Drucks

Bestehende Techniken galten schon als schnell, sicher und kostengünstig, doch der 3D-Druck erweist sich als noch schneller, sicherer und kostengünstiger als bisherige Verfahren. Tatsächlich bietet der 3D-Metalldruck Produkte, die dem Vergleich mit denen aus der Herstellung nach konventionellen Techniken standhalten, bzw. deren Leistung in vielerlei Hinsicht sogar übertreffen.

Der 3D-Metalldruck breitet sich wie eine Flutwelle in der Produktion aus und wird die konventionelle Metallherstellung überrollen.

Hier werden Rohstoffe in dünnen Schichten aufgebaut und geformt, anstatt sie wie bisher einem bestehenden Metallkörper zu entnehmen oder abzuschneiden. Die Menge des verwendeten Rohstoffs ist somit äußerst effizient, da praktisch kein Abfall anfällt und sowohl Material- als auch Werkzeugkosten erheblich reduziert werden.

 

Das Endprodukt ist nur so gut wie der verwendete Rohstoff

Die Einführung von additiven Herstellungsverfahren ist mit Kosten verbunden, doch führen fortwährende Entwicklungen dazu, dass hochwertige Maschinen immer günstiger angeboten werden können und so auch für kleinere Hersteller erschwinglich werden. Allerdings ist die Qualität des Endprodukts von der des eingesetzten Rohmaterials abhängig, genau wie in der herkömmlichen Metallherstellung.

Zu den verwendeten Materialien gehören Aluminium, Kobalt, Chrom, Kupfer, Edelstahl, Titan und Wolfram. Bevor diese Materialien als Rohstoff verwendet werden können, müssen sie zunächst als reines Element oder Legierungspulver vorliegen. Dieses „Pulver“ könnte mit einem RFA (Röntgenfluoreszenz)-Analysegerät getestet werden, um sicherzustellen, dass es die erforderliche Qualität aufweist, bevor es als Grundelement eingesetzt wird.

Das mit einem 3D-Metalldrucker hergestellte Objekt wird zunächst als detaillierte Skizze auf einem Computer erstellt. Diese Darstellung wird als Grundlage für die Metallpulverabscheidung und Fusionstechniken verwendet. Mehrere Schichten, typischerweise gerade mal 0,1 mm dick, werden dann auf diesen Umriss gedruckt, was die Erstellung äußerst komplizierter und komplexer Formen ermöglicht.

Die Methode eröffnet völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten und bietet Herstellern die Gelegenheit, Teile herzustellen, die mit herkömmlichen Verfahren wie Zerspanen, Schmieden oder Gießen gar nicht oder nur sehr teuer zu produzieren wären.

Mit der Fähigkeit des Druckers, mit extrem dünnen Schichten zu arbeiten, sind außergewöhnlich dünne oder auch hohle Konstruktionen realisierbar. Die im Gewicht reduzierten Bauteile sind besonders in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt gefragt, da die Leichtbauprodukte zur Optimierung der Aerodynamik und Senkung des Treibstoffverbrauchs beitragen.

 

Sicherung der Qualitätskontrolle

Der 3D-Metalldruck ist außerdem weniger belastend für die Umwelt, da Material hinzugefügt und nicht entfernt wird und sämtliche Abfallstoffe innerhalb des Prozesses problemlos wiederverwendet werden können. Wenn man dann noch die in der traditionellen Fertigung üblichen Umrüstungsprozesse betrachtet, wird klar, dass additive Herstellungsverfahren als nachhaltige Alternative Beachtung verdienen.

Das Endprodukt ist ein dichtes Sintermetall. Tatsächlich weisen Metalldruckteile höhere Festigkeit und Härte auf und sind oft flexibler als mit herkömmlichen Methoden hergestellte Teile. Sie sind jedoch anfälliger für Materialermüdung.

Entscheidend sind Fachkenntnisse und eine strenge Kontrolle bei der Zusammensetzung der Komponenten. Die RFA-Handgeräte von Hitachi High-Tech ermöglichen eine unmittelbare und detaillierte Analyse der Pulver und der fertigen Bauteile im gesamten Prozessverlauf. Mit unseren Instrumenten lassen sich großen Datenmengen auch in der Cloud speichern, wo sie sofort zugänglich und auswertbar sind.

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Datum: 12 March 2021

Autor: Mikko Järvikivi - Global Head of Product Management

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