Erfüllt der Metall-3D-Druck in der Formenindustrie internationale Qualitätsstandards?

1. Der Aufbau und das Wachstum des internationalen Standardsystems
Der globale Standardisierungsprozess für die additive Fertigung hat ein „Dual-Track-Drive“-Muster geschaffen. Die Internationale Organisation für Normung (ISO) und die American Society for Testing and Materials (ASTM) haben gemeinsam die Norm ISO/ASTM 52900:2025 erstellt. Diese Norm legt einen vollständigen Prozessspezifikationsrahmen für Metalle, Polymere und Biomaterialien fest. Dieser Standard besagt eindeutig, dass mehr als 90 % der gängigen Technologien, wie Druckeinstellungen, Qualitätsprüfungen und Sicherheitsstandards, weltweit gleich sein müssen. Dadurch erhält die Formenindustrie eine grundlegende Fachsprache.
Die Standards der NAS-Serie sind mittlerweile die „goldene Regel“ für Luft- und Raumfahrtformen in der Fachwelt. Der NAS410-Standard besagt, dass die Korngröße und die Eigenspannung von Titanlegierungsformen innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden müssen. Beispielsweise muss die Korngröße innerhalb der in der Norm ASTM E112 festgelegten Werte von 5-8 gehalten werden, und die Restspannung darf nicht mehr als 30 % der Streckgrenze des Materials betragen. Nach 100.000 Belastungszyklen bei 650 Grad richtet NAS9302 einen speziellen Test für die thermische Ermüdungsleistung von Hochtemperatur-Legierungsformen ein. Die Bruchausbreitungsgeschwindigkeit muss weniger als 0,1 mm/Zyklus betragen.
Das chinesische nationale Standardsystem wird immer besser. Die „Technische Spezifikation für das Laser-Pulverbettschmelzen von Titanlegierungsteilen in der additiven Fertigung“ (GB/T 45868-2025), die 2025 in Kraft tritt, wird die Dichteanforderungen für Titanlegierungsformen auf über 99,95 % erhöhen und den Oberflächenrauheitswert Ra unter 3,2 μm halten. Diese Standards arbeiten mit dem ISO/ASTM-System zusammen, um Formenexportunternehmen zwei Möglichkeiten zu bieten, sicherzustellen, dass sie die Regeln einhalten.
2. Ein großer Fortschritt bei der Standardisierung der Materialeigenschaften
Die Qualität des Materials ist entscheidend dafür, dass eine Form funktioniert. Der ASTM F75-Standard begrenzt den Nickelanteil in Kobalt-Chrom-Legierungen, die häufig in Formen für medizinische Implantate verwendet werden, streng auf < 0,1 % und den Wolframanteil auf 15–20 %. Um sicherzustellen, dass sich das Pulver gleichmäßig verteilt, muss der Fließfähigkeitsindex des durch Zerstäubung hergestellten kugelförmigen Pulvers 45 s/50 g oder mehr betragen. Ein bekannter internationaler Hersteller von Dentalformen verwendet Kobalt-Chrom-Pulver, das diese Kriterien erfüllt. Dadurch wird der Randpassungsfehler von Zahnkronenformen von 50 μm auf 15 μm gesenkt, was der typischen Herstellungsweise entspricht.
In der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen Formen aus der Legierung auf Nickelbasis Inconel 718 -den AMS 5662-Spezifikationen entsprechen. Diese Norm besagt, dass die Zugfestigkeit bei 704 Grad zwischen 1170 und 1275 MPa bleiben muss und dass die Größe der Korngrenzenkarbide nicht mehr als 5 μm betragen darf. Ein bestimmtes Unternehmen, das Formen für Flugzeugtriebwerksschaufeln herstellt, hat die Laserenergiedichte angepasst, um eine Korngröße der Klasse 7 gemäß der Norm ASTM E112 für 718-Legierungsformen zu erreichen. Dadurch blieben die Formen bei hohen Temperaturen viel besser.
3. Präzise Praxis der Prozesskontrolle
Im Formenbau sind die Maßstäbe an die Maßhaltigkeit sehr streng. Durch die Technologie der dynamischen Schmelzbadsteuerung kann die SLM-Methode die Maßgenauigkeit des Formhohlraums innerhalb von ± 0,05 mm halten. Ein bestimmtes Unternehmen, das Formen für Autos herstellt, verwendet Laser-SLM-Geräte, um Druckgussformen aus Aluminiumlegierungen herzustellen. Durch die Änderung der Laserleistungsdichte in Echtzeit wird der Geradheitsfehler der Formoberfläche von 0,1 mm auf 0,03 mm verringert, was den Präzisionskriterien der ersten Stufe der Norm DIN 8760 entspricht.
Es ist auch sehr wichtig, Wärmebehandlungstechniken zu standardisieren. Die 17-4PH-Edelstahlform muss dem AMS 2759/3A-Standard entsprechen, der besagt, dass sie nach einer Alterung bei 482 Grad für 4 Stunden eine Härte von HRC 42-45 aufweisen muss. Ein Hersteller von Präzisionsformen hat eine Datenbank für die Wärmebehandlung erstellt, die die Dimensionsänderungsrate von Formen innerhalb von ± 0,02 % hält. Dies löst das Problem des Formabfalls, der durch Verformung während der Wärmebehandlung bei herkömmlichen Techniken entsteht.
4. Digitale Innovation bei Prüfung und Zertifizierung
Das Qualitätsbewertungssystem ändert sich aufgrund der zerstörungsfreien Prüftechnologie. Gemäß der Norm ISO/ASTM 52929:2025 muss die industrielle CT verwendet werden, um innere Fehler in Metallformen zu finden, deren äquivalenter Fehlerdurchmesser nicht mehr als 0,2 mm beträgt. Ein Formenbauer hat eine KI-unterstützte CT-Erkennungstechnologie entwickelt, die das Auffinden von Rissen erleichtert. Es kann jetzt Risse von nur 0,05 mm finden und ist 80 % effizienter als dies von Hand.
Bei der neuen Norm geht es vor allem um die Prüfung der dynamischen Mechanik. Der ASTM F42.01-Standard für medizinische Implantate besagt, dass die Form 10^7 Ermüdungszyklen durchlaufen muss und dass die Rissausbreitungsrate der Pariser Formel folgen muss. Eine elektromagnetische Resonanz-Ermüdungsprüfmaschine wird von einem bestimmten Hersteller orthopädischer Implantatformen verwendet, um den Prüfzyklus von drei Monaten auf zwei Wochen zu verkürzen und die Ungenauigkeit der Prüfdaten innerhalb von ± 5 % zu halten.