1. Materialauswahl für den Metall-3D-Druck
Die Wahl der Materialien bestimmt zunächst die Lebensdauer von 3D-gedrucktem Metall. Die Materialien für den 3D-Druck von Metallen reichen von Edelstahl, Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen usw. Diese Materialien zeichnen sich durch Festigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und andere Eigenschaften aus.
Edelstahl ist ein häufig verwendetes 3D-gedrucktes Metallmaterial mit starken mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für die Herstellung medizinischer Geräte, Autoteile usw. Aufgrund ihrer großen Festigkeit, geringen Dichte und außergewöhnlichen Biokompatibilität finden Titanlegierungen große Anwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie im medizinischen Bereich , und andere Branchen. Gute Wärmeleitfähigkeit und leichte Eigenschaften von Aluminiumlegierungen eignen sich für die Herstellung von Automobilteilen, Flugzeugkomponenten usw. Aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit finden Kobalt-Chrom-Legierungen einen Platz in Zahnimplantaten und medizinischen Geräten.
Die Aufrechterhaltung der Lebensdauer 3D-gedruckter Metalle hängt von der Auswahl geeigneter Metallmaterialien ab. Die Auswahl der Materialien erfordert eine gründliche Berücksichtigung von Elementen wie der Nutzungsumgebung, den Belastungsbedingungen, der Korrosionsbeständigkeit und der Hochtemperaturbeständigkeit der Teile, um sicherzustellen, dass die hergestellten gedruckten Teile den Designanforderungen und der Lebensdauer gerecht werden.
2.3D-Drucktechnik für Metall
Die Haltbarkeit von 3D-gedrucktem Metall hängt ebenso stark von der Druckmethode ab. Die Drucktechniken des Metall-3D-Drucks bestehen heute hauptsächlich aus Laserschmelzauftragung (LMD), selektivem Laserschmelzen (SLM), Elektronenstrahlschmelzen (EBM) usw.
Bei der Laserschmelzauftragstechnologie werden Gegenstände schichtweise aus Metallpulver oder Drahtmaterial geformt, das mit einem Laserstrahl geschmolzen wird. Mit dieser Technik können großformatige, kompliziert geformte Gegenstände mit hoher Druckgeschwindigkeit und Materialeinsparung hergestellt werden. Abhängig von der thermischen Belastung während des Laserschmelzauftragsprozesses können sich jedoch im Inneren der Teile Restspannungen oder Risse entwickeln, die sich auf deren Haltbarkeit auswirken.
Mithilfe hochenergetischer Laserstrahlen schmilzt die Technik des selektiven Laserschmelzens Metallpulver präzise, um dichte metallurgische Strukturen zu erzeugen. Dank der guten Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit können mit dieser Technologie hochfeste und sehr präzise Metallprodukte gedruckt werden. Die Schicht-für-Schicht-Schmelztechnik der SLM-Technologie führt zu nahezu keinen Fehlern im Inneren der Teile und erhöht so deren Langlebigkeit.
Mithilfe eines Elektronenstrahls als Wärmequelle schmilzt die Elektronenstrahlschmelztechnologie Metallpulver oder Draht. Dieses Verfahren kann eine hohe Schmelzbadtemperatur erzeugen, die dank der hohen Energiedichte des Elektronenstrahls vorteilhaft für die Beseitigung von Fehlern und Eigenspannungen im Inneren der Teile ist und ein Hochgeschwindigkeitsschmelzen und hochpräzises Drucken ermöglicht.
3. Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Metallprodukten
Darüber hinaus hat das Nachbearbeitungsverfahren beim 3D-gedruckten Metall großen Einfluss auf die Haltbarkeit. Der Nachbearbeitungsprozess umfasst Schritte wie mechanische Bearbeitung, Oberflächenbehandlung und Wärmebehandlung.
Eine der wichtigsten Möglichkeiten, Restspannungen im Inneren von Teilen zu reduzieren und die Materialqualität zu verbessern, ist die Wärmebehandlung. Durch die Wärmebehandlung kann die Mikrostruktur innerhalb der Bauteile homogener werden und so ihre Festigkeit und Zähigkeit erhöht werden.
Durch die Oberflächenbehandlung werden die Oberflächenqualität und die Korrosionsbeständigkeit der Teile verbessert. Zu den gängigen Oberflächenbehandlungen gehören Sandstrahlen, Polieren, Galvanisieren usw. Sandstrahlen kann die Oberflächen von Gegenständen von Oxidablagerungen und Ablagerungen reinigen und die Oberflächenrauheit und Klebrigkeit erhöhen. Polieren trägt dazu bei, die Oberflächen der Bauteile zu glätten, ihr Aussehen zu verbessern und ihre Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen; Durch die Bildung einer Metallschicht auf der Oberfläche des Teils erhöht die Galvanisierung dessen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit.
Durch die Präzisionsbearbeitung von Gegenständen kann die mechanische Bearbeitung deren Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität verbessern. Grate und Unebenheiten, die während des Druckvorgangs entstehen, können durch mechanische Bearbeitung beseitigt werden, wodurch die Stücke den Designkriterien näher kommen.
4. 3D-gedrucktes Metall praktisch nutzen
In nützlichen Anwendungen hat der 3D-Metalldruck bemerkenswerte Erfolge erzielt. In der Flugzeugindustrie werden unter anderem Strukturbauteile und Triebwerksteile aus 3D-gedrucktem Metall hergestellt. Diese Teile müssen eine hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen und außerdem rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen und hohem Druck standhalten. 3D-gedrucktes Metall kann Herstellungszyklen drastisch verkürzen und Kosten senken und erfüllt dennoch diese Kriterien.
3D-gedrucktes Metall wird im medizinischen Bereich unter anderem für die Herstellung von Zahnimplantaten und orthopädischen Implantaten hergestellt. Die gute Biokompatibilität und Verschleißfestigkeit dieser Implantate trägt dazu bei, den Komfort und die Sicherheit des Patienten zu gewährleisten. Der 3D-Druck von Metall kann die Haltbarkeit und Lebensdauer von Implantaten erhöhen und Implantate präzise herstellen, die den persönlichen Bedürfnissen der Verbraucher gerecht werden.
Wichtige Teile wie Motor- und Fahrwerkskomponenten werden im Automobilbau aus 3D-gedrucktem Metall hergestellt. Diese Teile müssen stark, sehr robust und einigermaßen leicht sein. 3D-gedrucktes Metall kann diese Anforderungen erfüllen und den Kraftstoffverbrauch und die Leistung von Autos erheblich steigern.
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