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EOS entwickelt Lösung für den stützfreien Metall 3D-Druck

Am 20. Februar 2023 von Bianca Z. veröffentlicht

Heute richtet sich der 3D-Druck mit Metall in erster Linie an Fachleute und eröffnet ihnen dadurch wirtschaftlich gesehen neue Wege in unterschiedlichen Industrien. Betrachten wir diesen Markt, so zeigt uns die Studie von Grand View Research, dass der Marktwert im Jahr 2022 noch bei 4,06 Milliarden US-Dollar lag, dieser Wert wurde für 2030 hingegen bereits auf 22,60 Milliarden US-Dollar prognostiziert. Die DMLS-Technologie sticht dabei heraus – DMLS steht für Direktes Metall Laser Schmelzen. Von EOS im Jahre 1994 patentiert, wird dieses Verfahren heute in sämtlichen Bereichen wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt, Medizin oder der Automobilindustrie eingesetzt und vereint die Vorteile des Metall 3D-Drucks mit exzellenter und wiederholbarer Teilequalität. Auch die DMLS-Technologie benötigt, wie andere additive Fertigungstechnologien auch, Stützstrukturen (Supports). Um die Technologie einen Schritt weiter zu bringen und damit das gesamte Potential für Anwender auszuschöpfen, hat EOS eine Reihe an Lösungen entwickelt, die den Metall 3D-Druck von komplexen Geometrien mit einer drastischen Reduzierung von Stützstrukturen ermöglichen. Denn Supports im Metall 3D-Druck sind verbunden mit zusätzlicher Zeit, Material wie auch Aufwand in der Nachbearbeitung.

Metallbauverfahren auf einem EOS Quad-Lasersystem (Bild: EOS GmbH)

Die Herausforderungen mit Stützstrukturen im Metall 3D-Druck

Für Anwender der DMLS-Technologie ist es heutzutage vollkommen normal, dass, abhängig vom gewünschten Bauteil, Supports hinzugefügt werden müssen. Dadurch ist man nämlich erst in der Lage, Geometrien in 3D zu drucken, die viel komplexere und ins Detail gehende Designs aufweisen. Das beinhaltet beispielsweise die Konstruktion von Überhängen, die kleiner als 30 Grad sind, ganze Brücken oder auch Aussparungen im Bauteil. All diese Geometrien würden sich ohne Stützstrukturen verformen. Um diese Herausforderung zu umgehen, werden bereits im Konstruktionsprozess Supports hinzugefügt, die anschließend nach dem 3D-Druck manuell oder automatisch entfernt werden müssen. Wie wir sehen, ist das Hinzufügen von Supports für eine Reihe von Bauteilen ein Muss, bringt aber auch manche Herausforderungen mit sich, die sich in der Wirtschaftlichkeit widerspiegeln. Die innovative Möglichkeit, mit einer reduzierten Anzahl an Stützstrukturen im DMLS-Verfahren zu drucken, eröffnet daher ganz neue Möglichkeiten des 3D-Drucks mit Metallen und bringt die Technologie auf ein neues Level.

Wie EOS seine Kunden bei der Umsetzung des stützfreien 3D-Drucks unterstützt

Um auch von der Möglichkeit des stützfreien 3D-Drucks profitieren zu können, bedarf es insbesondere drei Faktoren, die berücksichtigt werden müssen: der Prozess, die Werkzeuge und das passende Know-How. Mit diesen Aspekten im Hinterkopf zeigt EOS ein Paradebeispiel des Support-freien DMLS-3D-Drucks anhand eines Laufrades auf, welches auf Grund seiner komplexen Geometrien normalerweise auf Stützstrukturen angewiesen ist. Vor allem die Tatsache, dass durch Eigenschaften wie dem Durchmesser, Anzahl an Blättern oder Abdeckungen jedes Laufrad große Unterschiede aufweist, gestaltet sich das stützfreie Drucken komplizierter. Dabei gilt es aber laut EOS das dafür nötige Wissen umfangreich und auf allen Ebenen zu vermitteln. Um die Möglichkeiten des Metall 3D-Drucks mit wenigen Supports nutzen zu können, bedarf es ein additives Denken, welches durch gezielte Trainings bis hin zur passenden Beratung hervorgerufen werden kann. Wie wichtig das Wissen dabei ist, kristallisiert sich in Aspekten wie dem Design, der Auslegung des Bauteils auf der Bauplattform oder auch bei dem dabei verwendeten Material heraus. Auch das Werkzeug Smart Fusion, welches dem Anwender schon bald zur Verfügung stehen soll, ist ein wichtiges Puzzlestück des Ganzen, wenn es um den stützfreien Metall 3D-Druck geht. Dieses Tool passt den Energieeintrag des Lasers an die jeweilige Geometrie an und kann thermische Spannungen reduzieren. Durch die Reduzierung der Stützstrukturen in der metallbasierten additiven Fertigung kann somit nicht nur von verkürzten Bauzeiten, sondern auch von weniger Aufwand in der Nachbearbeitung und Materialeinsparungen profitiert werden.

„Auch wenn wir die Grenzen des Möglichen im stützenfreien 3D-Druck verschieben, hat man es immer noch mit realer Physik zu tun und daher ist nicht alles möglich. Aber unsere Lösung wird einen Wendepunkt darstellen. Sowohl unsere Pilotkunden als auch die Kunden, die die Technologie mit uns getestet haben, sind von den Möglichkeiten begeistert. Ich würde sagen, fordern Sie uns heraus – wir sind bereit, den Metall 3D-Druck gemeinsam zu innovieren“, erklärt Davy Orye, Teamleiter bei Additive Minds Consultants. 

Das Laufrad wurde in einem optimierten 316L-Verfahren auf einer EOS M 290 ohne interne Supports und mit einer Kostenreduzierung von 35 % hergestellt (Bild: EOS GmbH)

Das bedeutet demnach, dass basierend auf der stützfreien additiven Fertigung von Metallen enorme Fortschritte mit und Attraktivität am Metall 3D-Druck gewonnen werden können. So zeigt sich alleine durch die durchgeführte Kostenanalyse, dass am Beispiel des Laufrads hierbei 35 % der Kosten eingespart werden konnten. Im Detail wurden diese Einsparungen vor allem in den Bereichen der Nachbearbeitung, des Materials wie auch der Bauzeit erzielt, wohingegen Kosten und Aufwand für den Designprozess mit wenigen Stützstrukturen von 8 auf 14 % anstiegen. Neben den Kostenvorteilen verhilft das stützfreie 3D-Drucken dem Anwender zu einem nachhaltigeren Druck, denn dieser benötigt somit weniger Material und produziert weniger Abfälle. Schließlich wird somit ein sicherer Arbeitsprozess ermöglicht, denn der Anwender ist nicht mehr gezwungen, die Nachbearbeitung durch Schneiden und Schleifen durchzuführen. Wenn Sie alle Einzelheiten rund um den stützfreien Metall 3D-Druck erfahren möchten, dann können Sie HIER das Whitepaper von EOS gratis herunterladen.

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*Titelbildnachweis: EOS GmbH (Hüftschäfte, die durch Optimierung des Ti64-Prozesses auf einer EOS M 300-4 für eine 100 % stützenfreie Fertigung hergestellt werden)

Kommentare

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  1. Wir suchen derzeit nach einem Metallbau. Dabei wusste ich gar nicht, dass es auch 3D-Metalldruck gibt. Vielen Dank für diesen Einblick.

  2. Wahnsinn, wie schnell es mit dem 3D-Druck voran geht. Mein Bruder ist, soweit ich weiß, gerade auch auf der Suche nach einem Metallbauer. Ich bin gespannt, ob dieser auch schon 3D-Druck einsetzt.

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