3D-Druck in Metall: Die Laser- und Metallpulverdrucker, die wir auf der IMTS gesehen haben

Letzte Woche war ich auf der International Manufacturing Technology Show (IMTS) und es war unglaublich. Dies ist ein Spielzeugladen für Maschinisten, der das Beste der industriellen Automatisierung präsentiert. Aber einer der coolsten Trends, die ich auf der Messe entdeckt habe, sind alle Techniken, die beim 3D-Druck in Metall verwendet werden. Das Beste daran ist, dass viele der ausgestellten riesigen Maschinen tatsächlich laufen!

Es ist wahrscheinlich besser, dies als additive Fertigung zu bezeichnen, da sich die tatsächlichen Methoden erheblich von denen Ihres 3D-Druckers unterscheiden können. Nachfolgend finden Sie Beispiele für drei verschiedene Ansätze für diesen Prozess. Ich hatte ein großartiges Interview mit einem Unternehmen, das echten 3D-Druck in Metall mit einer düsenbasierten Zuführung durchführt, die oft als „Cladding“ bezeichnet wird. Es gibt ein Demovideo zum Pulverschichtdruck mit Lasern. Und eine Technik, die Bindemittel als Zwischenschritt zum endgültigen Metallteil nutzt. Lass uns einen Blick darauf werfen!

Es war großartig, Tim Bell zu treffen, der am Stand von BeAM Machines diesen riesigen Triebwerkskegel vorführte. Der Kegel selbst wurde aus Edelstahl gesponnen, da dies die schnellste und wirtschaftlichste Art war, ihn herzustellen. Auf die Außenfläche dieses Kegels wurde das Isogitter gedruckt, eine Struktur, die normalerweise in einem subtraktiven Verfahren aus einem größeren Teil herausgearbeitet wird.

BeAM verwendet einen düsenbasierten Ansatz, der Metallpulver in einem Argongasstrom transportiert. Beim Austritt an der Düsenspitze verschmilzt ein Hochleistungslaser das Material. Tim erwähnte, dass in diesem Prozess wahrscheinlich jedes Material verwendet werden kann, das lasergeschweißt werden kann. Dazu gehören Titanlegierungen, Stahl, Nickellegierungen und Kobaltlegierungen. Sie arbeiten auch an Aluminium.

Das Hinzufügen zu einem bestehenden Teil ist wirklich cool, aber natürlich kann man auch ganze Objekte wie die hier gezeigten drucken. Tim erwähnte, dass der Druck eines gesamten Strahltriebwerkskegels aus INCONEL 625 (einer Nickel-Chrom-Legierung) unerschwinglich teuer gewesen wäre.

BeAM hatte keine betriebsbereite Maschine vor Ort, aber es gab ein Unternehmen, das das Laserauftragschweißen vorführte, also werfen wir einen Blick darauf.

Es ist ziemlich beeindruckend, diese Maschinen auf der Ausstellungsfläche in Aktion zu sehen. Hier ist eine Laserauftragsmaschine von OR Lasertechnology, die beim Aufbau einer Helix auf einem Stangenmaterial demonstriert wurde. Ich habe ein Video gedreht, das zeigt, wie das Pulver aus der Düse austritt, bevor der Laser zündet. Sobald dies geschieht, bauen die Drehung der Vorrichtung und die lineare Bewegung der Düse die Spirale auf.

Die Maschine war nicht allzu groß, etwa so groß wie ein Kühlschrank. Sie können sehen, wie eine fertige Rute aussieht. Ich glaube, dass dieser hier poliert wurde, um diesen vollendeten Look zu erhalten.

Am Toshiba-Stand war keine Laserauftragsschweißmaschine ausgestellt, es wurden aber einige Musterteile mitgebracht. Hier können Sie sehen, wie diese aufgebaut und dann wieder auf Toleranzen gebracht wurden.

Dieser Renishaw-Drucker verfügt über vier 500-W-Laser. Ja, zwei Kilowatt Laser in dieser relativ kleinen Maschine! Das von mir gedrehte Video zeigt das Laserballett, während es eine Schicht Metallpulver verschmilzt. Am Ende gibt es ein Portal, das eine neue Schicht für die nächste Iteration an ihren Platz bringt.

Der ausgestellte bedruckte Verteiler ist einfach fantastisch. Ich hätte es nicht als Laserdruck erkennen können. Es besteht aus Titan und der Druck der beiden Teile, aus denen es besteht, dauerte etwa 40 Stunden. Teile, die aus dieser Maschine kommen, müssen zur Reinigung per Glasperlen gestrahlt werden – vielleicht sieht es deshalb nicht wie ein 3D-Drucker aus – und Titanteile wie dieses müssen wärmegehärtet werden.

Renishaw stellte außerdem einen Delta-Bot vor, den das Unternehmen als Messsystem zur Überprüfung der Spezifikationen von Teilen gebaut hatte. Der Anblick der Auflösungsdemo ist atemberaubend und der Betrieb auf diesen Skalen verdeutlicht die Notwendigkeit, die Präzision der ausgegebenen Teile zu bestätigen.

3D Systems verfügte über eine große Direktmetalldruckmaschine, die in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik eingesetzt wird. (Holen Sie sich hier Ihre individuelle Hüfte!) Es lief nicht, aber ich konnte mir das Druckbett gut ansehen und mir erklären, wie es funktioniert.

Der mittlere Teil des Betts sinkt beim Drucken jeder Schicht in die Maschine ein und Pulver wird von beiden Seiten eingesaugt. Der Laser ist oben montiert und zeigt nach unten. Die Teile werden auf ein Floß gedruckt, das am Bett haftet. Diese dient als Vorrichtung für Nachbearbeitungsschritte, anschließend wird das Teil mittels Funkenerosion entnommen.

Al Williams von Hackaday hat gerade am Freitag über den HP Metal Jet geschrieben, ich konnte ihn persönlich sehen! Dies ist eine brandneue Reihe von Metalldruckern und ich füge sie hier hinzu, obwohl keine Laser im Einsatz sind. Dabei wird ein Bindemittel auf das Pulver gesprüht und beim Aufbau der Schichten etwas Wärme zugeführt, um das Bindemittel auszuhärten. Das vollständig gedruckte Teil muss einen Ofenhärtungsprozess durchlaufen, bevor es fertig ist. Anscheinend lief es, während ich dort war, obwohl die Maschine so konstruiert ist, dass man nicht ins Innere sehen kann, sodass es hier nicht viel zu zeigen gibt.

Diese Metalldrucker sind derzeit in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und im High-End-Prototyping verbannt. Denken Sie an die Automobilindustrie. Es ist wichtig zu bedenken, dass mit Ausnahme der gerade vorgestellten HP alle diese Maschinen bereits im Einsatz sind. Es hat großen Spaß gemacht, sich das gesamte Angebot des Metalldrucks auf der IMTS anzusehen und zu erkennen, dass diese Technologien nur noch besser werden!

Behalten Sie Hackaday im Auge, denn wir haben noch ein paar weitere wirklich interessante Maschinen aus der Show, die wir in zukünftigen Artikeln vorstellen werden.