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Metall drucken? Welches Material gibt es für 3D Drucker?

Normalerweise wird der 3D Drucker mit einem Filament aus Kunststoff gefüttert. Das Filament besteht aus thermoplastischen Polymeren, also aus hitzeempfindlichem Kunststoff. es wird im Drucker aufgeheizt und dickflüssig durch eine Düse gedrückt: Der Drucker druckt.

Einige sehr kostenintensive 3D Drucker drucken stattdessen mit Kunstharz, das lichtempfindlich ist und über einen Laser oder einen digitalen Projektor zum Aushärten gebracht wird. Das sind die üblichen Methoden. Die Entwicklung in Sachen 3D Druck verlief in den letzten drei Jahren aber recht rapide, so dass heute auch Metall gedruckt werden kann.

Nicht für den Hausgebrauch

Während die 3D Drucker für den privaten Gebrauch mit allen möglichen Kunststoffen und deren ganz individuellen Eigenschaften experimentieren, sind die Drucker, die Metall verarbeiten können, noch Forschungseinrichtungen vorbehalten. Nicht einmal in der Industrie sind diese Geräte wirklich verbreitet.

Das Thema Metall ist komplex, und der Druck damit ist noch komplexer. Einzelne Unternehmen und Einrichtungen erscheinen immer mal wieder in den Schlagzeilen, weil sie innovative Teile aus Metall im 3D Druck herstellen konnten oder sogar intelligente Metallteile drucken konnten. Massenproduktionstauglich ist das allerdings alles noch nicht, auch bei den gedruckten Teilen handelt es sich oft um Prototypen.[/box]

2019 viele Neuigkeiten

Auch wenn additive Metallverarbeitung noch nicht Mainstream ist, so hat sich doch m letzten Jahr einiges getan. Viele Start-Ups konnten mit Neuigkeiten aufwarten, und auch einige etablierte Unternehmen haben sich profilieren können. Zwei wichtige Technologien sind dabei das pulverbettbasierte Schmelzen und die Direct Energy Deposition, auch als Pulverdüsentechnologie bezeichnet. diese beiden Techniken werden von verschiedenen Unternehmen bedient, daneben gibt es noch weitere Technologien, die aber weniger wichtig sind.

3D Systems fing mit Stereolitgrafie an

Das Unternehmen war Ende der 1980er Jahre das erste, das mit Stereolitgrafie in den 3D Druck einstieg. Es sitzt in den USA, macht einen Umsatz von mehr als 600.000 Millionen US-Dollar im Jahr und hat einige verschiedene 3D Drucker im Programm. Objekte werden aus 3D CAD Daten heraus gedruckt, indem Metallpulvre mit einem Hchpräzisionslaser verfestigt wird.

Renishaw sitzt in Großbritannien und entwickelt Industriemaschinen

Der Hersteller entwickelt kundenspezifische Metallmodelle, die sehr leicht sind. Alle Druckanlagen dieses Unternehmens können eine dichte Schutzgasatmosphäre generieren, so dass die Bauumgebung für eine Laserbearbeitung optimal ist. Druckgeschwindigkeit und Baugröße der Geräte variieren stark.

SLM Solutions ist der Marktführer

In Lübeck sitzt das Unternehmen, das im Moment nur drei verschiedene Metall 3D Drucker produziert und trotzdem den Weltmarkt bestimmt. Alle verwenden das Laserschmelzverfahen und arbeiten mit Metallpulver, das verfestigt wird.

Optomec arbeitet mit LENS-Technologie

Aus Albuquerque in New Mexico in den USA kommt das Unternehmen, das schon im Jahr 1998 den ersten LENS 3D-Drucker verwendete. Die Technologie arbeitet mit dem LMD-Verfahren (Laser Metal Deposition), die Firma hält mehr als 35 Patente bei knapp mehr als 60 Mitarbeitern.

Sciaky fertigt Maschinen, die Titan drucken können

1939 wurde die Firma gegründet, die ursprünglich Schweißsysteme für die Herstellung von US-Flugzeugen lieferte und im Zweiten Weltkrieg groß wurde. Das Unternehmen sitzt in Chicago und hat erst vor kurzem seine Electron Beam Additiv Manufacturing-Technolgie, kurz EBAM, entwickelt. Seit 2009 sind die EBAM-Systeme auf dem Markt. Diese Maschinen können großformatige und komplexe 3D Strukturen aus seltenen Metallen drucken, darunter Tantal und Titan.

BeAM ermöglicht die Reparatur beschädigter Elemente

In der Nähe von Straßburg befindet sich der Sitz von BeAM, einem französischen Additive Manufacturing Unternehmen, das auch ein Büro in den USA unterhält. Der Hersteller investierte 15 Jahre in Forschung und Entwicklung und konnte drei Metall Drucker auf der Basis der selbst entwickelten CLAD-Technologie auf den Markt bringen. Das Besondere an dieser Technik ist, dass man mit den Maschinen auf bestehenden Teilen bauen kann, also beschädigte Metallelemente einfach in den kaputten Stellen neu aufbaut.

Andere Unternehmen wollen die Kosten senken und die Produktion beschleunigen

Verschiedene Unternehmen arbeiten darüber hinaus mit neuen Technologien, die die Arbeit mit den Metallen weiter verfeinert. Desktop metal aus den USA beispielsweise will die Kosten für komplexe Metallobjekte senken und die Maschinen schneller machen. Derzeit haben die Amerikaner mit der Single-Pass-Jetting-Technologie zwei Drucker auf dem Markt.

Ebenfalls günstig arbeiten will Markforged, das Unternehmen setzt die patentierte ADAM.Technologie (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) ein und arbeitet mit einem Kunststoff-Metall-Flüssiggemisch. Das wird erst extrahiert und anschließend erhitzt, so dass der Kunststoff verschwendet und nur das Metall übrig bleibt. Das Unternehmen setzt zwar auf industrielle Nutzung der Drucker, spricht aber eher Kleinverbraucher an.

Dann ist da noch das deutsche Unternehmen ExOne, dessen 3D Drucker in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobil, Energie und Maschinenbau zum Einsatz kommen. Auch das arbeitet mit Binder-Jetting-Technologien und industriellen Materialien.

Für den Heimgebrauch noch uninteressant

3D Drucker, die Metall verarbeiten können, sind für den Heimgebrauch noch weitgehend uninteressant. Denn die Maschinen beginnen bei Preisen von 100.000 Euro allein für die Anschaffung, haben in der Regel industrielle Ausmaße und erfordern Fachwissen. Für den Hobbydrucker sind immer noch Kunststoffe die am häufigsten verwendeten Materialien. Und die haben ganz unterschiedliche Eigenschaften:

  • PLA: große Bandbreite an Farben und Spezialmischungen, am weitesten verbreitet
  • PHA: Biokunststoff, der derzeit noch PLA beigemengt wird und UV-beständig sowie temperaturfest ist
  • ABS: haltbarer als PLA, verformt sich aber beim Auskühlen und ist geruchsintensiv
  • BioFila: lebensmittelecht und industriell kompostierbar, einfach zu verarbeiten und bis 100° C stabil
  • CoPolyester: braucht höhere Temperaturen beim Drucken, ist haltbar wie ABS und wird dieses voraussichtlich ersetzen
  • TPU: chemikalienresistent, kann Gummi imitieren oder ersetzen, gut in chemisch rauen Umgebungen
  • Polyamid: eigentlich in Pulverform im industriellen Druck verwendet, aber dank kostengünstiger Herstellung auch für Hobby immer beliebter
  • Polypropylen: hohe Zähigkeit und Chemikalien gegenüber beständig, bricht auch bei wiederholtem Biegen nicht

Daneben gibt es zahlreiche Gemische aus unterschiedlichen Kunststoffen, die die guten und schlechten Eigenschaften der verwendeten Komponenten miteinander verbinden. Es lohnt also wirklich, vor Kauf des Filaments genau zu schauen, was darin verarbeitet ist.

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