Beim 3D-Druck mit Metall ist Aluminium das am häufigsten verwendete Metall. Meist wird es in Form einer Legierung eingesetzt, die sowohl Leichtigkeit als auch Festigkeit bietet. Der 3D-Druck mit Aluminium wird insbesondere für Bauteile verwendet, die leicht und stabil zugleich sein sollen, wie beispielsweise im Automotive-Bereich und in der Luftfahrt.
Verarbeitung von Aluminium beim 3D-Druck
Für den 3D-Druck von Aluminium wird in der Regel das selektive Laserschmelzen, abgekürzt SLM (englisch: Selective Laser Melting) eingesetzt. Bei diesem additiven Fertigungsverfahren (englisch: Additive Manufacturing) für metallische Werkstoffe wird das pulverförmig vorliegende Metall (hier Aluminium) durch einen Laserstrahl lokal verschmolzen. Die Partikel des Metallpulvers werden soweit aufgeschmolzen, dass sie mit dem umliegenden Material eine Verbindung eingehen. Durch das Schmelzen entsteht eine poren- und rissfreie Oberfläche. Schicht für Schicht werden die in den CAD-Dateien vorgegebenen Strukturen des zu produzierenden Metallteils auf eine bewegliche Bauplattform gedruckt. Selektives Laserschmelzen wird fast immer unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt, die Argon oder Stickstoff enthält. Damit werden die Materialien vor Oxidation und Verunreinigung bei der Verarbeitung geschützt. Als Legierungszusätze für Aluminium werden meist Silizium, Magnesium, Kupfer oder Mangan verwendet.
Das Verfahren ist ähnlich wie beim selektiven Lasersintern, das vor allem bei Kunststoffen verwendet wird. Beim selektiven Lasersintern wird der pulverisierte Werkstoff allerdings nicht vollständig aufgeschmolzen, sondern nur soweit erhitzt, dass partielle Verbindungen zwischen den Partikeln entstehen.
Vom konventionellen 3D-Druck unterscheidet sich der SLM-Druck dadurch, dass Metalle als Material verwendet werden können.
Eigenschaften von Aluminium-Bauteilen aus dem 3D-Drucker
Aluminium-Bauteile aus dem 3D-Drucker eignen sich für alle Bauteile mit der Anforderung: leicht aber gleichzeitig stabil. Die im 3D-Druck hergestellten Bauteile aus Aluminium verfügen über eine homogene, fast porenfreie Oberflächenstruktur, eine große Festigkeit, hohe Härte, eine hervorragende dynamische Belastbarkeit, hohe Hitze- und Korrosionsbeständigkeit. Weiterhin sind die Bauteile luft- und wasserdicht und besitzen ein vollständig dichtes metallisches Gefüge. Die mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Bauteilen aus dem 3D-Drucker übertreffen sogar diejenigen von Aluminium-Bauteilen, die im Gießverfahren hergestellt wurden. Dies ist auf die hohen Abkühlraten beim 3D-Druckverfahren zurückzuführen.
Aluminium aus dem 3D-Drucker ist nicht glänzend wie herkömmlich gefrästes Aluminium. Die Oberfläche ist stattdessen matt, grau und etwas rauer. Der leichte Glanz dieses Werkstoffs ist auf den Siliziumbestandteil der Legierung zurückzuführen.
Eignung für stark beanspruchte Leichtbauteile
Da Aluminium-Bauteile aus dem 3D-Drucker sowohl hitze- als auch belastungsbeständig sind, eignen sie sich für alle Anwendungen, bei denen es gleichzeitig auf Leichtigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen starke mechanische und dynamische Belastungen ankommt, in vielen Fällen auch auf Hitzebeständigkeit. Dazu gehören funktionsfähige Prototypen für unterschiedliche Anwendungsbereiche sowie Bauteile für die Automobilindustrie oder für die Luft- und Raumfahrt.
Beim Bau von Weltraum-Raketen verwendet man bevorzugt Aluminium-Bauteile aus dem 3D-Drucker. Beim Start von Weltraum-Raketen sind die Bauteile ungewöhnlich hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Das betrifft insbesondere die beim Start freigesetzte Hitze.
Schnelle Herstellung von Prototypen
Der 3D-Druck von Aluminium ermöglicht eine schnelle Herstellung von Funktionsprototypen, wodurch die Entwicklung vom Modell bis zum endgültigen Bauteil wesentlich beschleunigt wird.
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