Elementum 3D entwickelt hochwertige Druckmaterialien für die additive Metallfertigung

Eine der vielen Überlegungen beim 3D-Druck ist, welche Materialien für den Druckprozess verwendet werden sollen. Obwohl sie noch begrenzt sind, haben sich die 3D-Druckmaterialien in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Von traditionellen Materialien wie Kunststoffen und Polymeren, wie PEEK und PLA, bis hin zu Metallen und Verbundwerkstoffen gab es große Fortschritte auf diesem Gebiet. In letzter Zeit haben Forscher sogar Wege gefunden, mit bisher nicht verfügbaren Materialien wie Kupfer oder Knochen zu drucken. Doch trotz dieses Wachstums liegt noch ein langer Weg vor uns. Wir konnten uns mit Dr. Jacob Nuechterlein von Elementum 3D zusammensetzen, einem amerikanischen Forschungs- und Entwicklungsunternehmen für additive Fertigung, das sich auf die Herstellung von hochentwickelten Metallen, Verbundwerkstoffen und Keramiken spezialisiert hat.

3DN: Könnten Sie sich kurz vorstellen? Wann haben Sie angefangen, sich mit 3D-Drucktechnologien zu beschäftigen?

Ich bin Jacob Nuechterlein, Präsident und Gründer von Elementum 3D. Mein Hintergrund ist die Materialwissenschaft und Pulvermetallurgie. Mit dem 3D-Druck habe ich erst nach der Gründung des Unternehmens im Jahr 2014 wirklich gearbeitet. In kürzester Zeit hat sich mein Unternehmen zu einem der weltweit führenden Unternehmen im 3D-Druck entwickelt, was zeigt, dass sich die Branche schnell entwickelt und jeden Tag neue Experten auf diesem Gebiet entstehen.

3DN: Wie ist die Gründungsidee entstanden und was ist die Mission von Elementum 3D?

Ich habe einen kleinen Geldbetrag aufgebracht, um das Unternehmen mit einem meiner Mentoren, Quinton Hennigh, auf die Beine zu stellen. Alles begann in einer Ecke einer Lagerhalle mit der Entwicklung von Materialien auf einem Lasergravierer, den ich modifizierte, um dreidimensional drucken zu können. Kurz nach der Patentanmeldung habe ich das Unternehmen erweitert, Mitarbeiter eingestellt und unseren ersten Laser-Pulverbett-3D-Drucker von EOS erworben. Seitdem entwickeln wir neue Materialien für das Laserschmelzen.

3DN: Könnten Sie uns Ihre RAM-Technologie genauer erklären?

RAM oder Reactive Additive Manufacturing bildet mikrostruktursteuernde Ausscheidungen in-situ während des Druckprozesses. Wir nutzen diese Technologie, um die Druckbarkeit von Materialien zu ermöglichen, die als unmöglich galten. Sie ermöglicht es uns auch, Materialien speziell für die additive Fertigung zu entwickeln, wie z. B. unsere Metallmatrix-Verbundwerkstoffe. Obwohl RAM unsere Kerntechnologie ist, ist es nicht das einzige Materialentwicklungswerkzeug bei Elementum 3D.

3DN: Wie gestaltet sich die Nachfrage in der additiven Metallfertigung und wie deckt Elementum 3D diese?

Die additive Fertigung verfügt über eine begrenzte Auswahl an Materialien, die bestimmte Eigenschaftsanforderungen erfüllen können. Drei Schlüsselbereiche, nach denen wir häufig gefragt werden, sind Wärmeleitfähigkeit, Hochtemperaturleistung und hohe Festigkeit. In letzter Zeit haben wir Materialien für Anwendungen bei hohen Temperaturen entwickelt. Wir haben Aluminiumlegierungen, die bei 200 °C höherer Temperatur arbeiten als gegossene Aluminiumlegierungen. Außerdem haben wir kürzlich Nickel-Superlegierungen auf den Markt gebracht, die bei Temperaturen weit über IN718 (dem Standard in der Industrie) arbeiten. Wir bieten auch eine breite Palette von Materialien für Anwendungen wie Hochfrequenzgeräte, Motorblöcke und Wärmemanagement für Serverfarmen.

Ein Metallkarabiner wird mit LBPF gedruckt. (Bildnachweis: Elementum 3D)

3DN: Was sind die Hindernisse bei der Entwicklung von Qualitätsmaterialien für die additive Metallfertigung?

Die Akzeptanz der additiven Fertigung durch neue Kunden im Allgemeinen ist eine erste Barriere für die Entwicklung. Dies schränkt die Finanzierung für technologische Innovationen ein, die komplex sind und teure iterative Tests erfordern. Ein weiteres großes Hindernis für die Akzeptanz ist das Fehlen eines globalen Satzes von internationalen Standards für das Testen. Dies führt zu zahlreichen Hürden und wiederholten Ausgaben, um die individuellen Anforderungen jedes Kunden zu erfüllen. Darüber hinaus bildet sich während des Druckprozesses die Mikrostruktur des Materials, die die Konsistenz beeinträchtigen kann, wenn der Prozess nicht gut kontrolliert wird. Dies kann noch verschlimmert werden, wenn das Prozessfenster des jeweiligen Materials zu eng ist.

3DN: Wer sind heute die Hauptanwender der additiven Metallfertigung?

Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Medizin, High-End-Automobilbau, Wärmemanagement, Energie, Öl und Gas und andere Sektoren nutzen in gewissem Maße die additive Fertigung. Die Luft- und Raumfahrt und die Verteidigungsindustrie scheinen die additive Fertigung am schnellsten zu übernehmen, da sie logistische und platzsparende Geschäftsmöglichkeiten bieten. Viele Unternehmen konnten Anwendungsfälle demonstrieren, in denen die additive Fertigung mit der CNC-Bearbeitung konkurrieren kann.

3DN: Wie wird sich die additive Metallfertigung in den nächsten 5 Jahren Ihrer Meinung nach entwickeln?

Ich erwarte ein signifikantes Wachstum bei flexiblen Fertigungsflächen, die schnell hochgefahren werden können und helfen, Lagerflächen für Ersatzteile zu reduzieren. Wenn Unternehmen die Fähigkeit demonstrieren, traditionell bearbeitete Teile durch additive Fertigung zu ersetzen, beginnen die logistischen Vorteile, das Risiko einer neuen Fertigungsmethode zu überwiegen. Jüngste Fortschritte zur Erhöhung der Druckgeschwindigkeit und damit zur Senkung der Kosten haben viele neue Anwendungen eröffnet, aber die Materialauswahl und der Mangel an Daten haben die Akzeptanz gebremst.

Ein Teil, das mit der Nickel-Superlegierung von Elementum 3D hergestellt wurde. (Bildnachweis: Elementum 3D)

3DN: Irgendwelche abschließende Worte für unsere Leser?

Die additive Fertigung steht kurz davor, exponentiell zu wachsen. Um die Branche weiter voranzubringen, werden wir hochwertigere Materialien und mehr Optionen benötigen. Der 3D-Druck hat andere Fertigungsverfahren in vielen Bereichen ersetzt, und Unternehmen, die den Druck heute noch nicht in Betracht ziehen, liegen bereits hinter der Zeit zurück. Mehr über Elementum 3D erfahren Sie hier.

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*Titelbildnachweis: Elementum 3D