SLM-3D-Druck-Nachbearbeitungsleitfaden

SLM-3D-Druck und seine Nachbearbeitung

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist ein revolutionäres additives Fertigungsverfahren, bei dem feine Metallpulver mithilfe eines Hochleistungslasers verschmolzen werden. Diese Technik eignet sich ideal zur Herstellung komplexer Geometrien und Bauteile mit hoher Dichte und mechanischen Eigenschaften, die denen der CNC-Bearbeitung ähneln.

Die Nachbearbeitung beim SLM-Verfahren ist nicht nur ein notwendiger Schritt, sondern der Schlüssel zur vollen Ausschöpfung des technologischen Potenzials. Sie ist entscheidend für die Erzielung der gewünschten Oberflächengüte und mechanischen Eigenschaften und steigert somit den Wert und die Qualität des Endprodukts.

Die Nachbearbeitung von SLM-3D-Drucken umfasst typischerweise Folgendes:

1. Kühlung : Da beim SLM-3D-Druck die Teile in einem Hochenergielaser geschmolzen werden, weisen die gedruckten Metallteile eine relativ hohe Temperatur auf. Daher müssen die Metallteile nach dem Druckvorgang gekühlt werden.

2. Metallpulverreste entfernen : Es können noch Metallpulverreste vorhanden sein, die sich an der Oberfläche anhaften. Diese müssen vor dem nächsten Arbeitsschritt entfernt werden.

3. Entfernen der Stützstrukturen : Die neben dem Bauteil gedruckten Strukturen zur Verhinderung von Verformungen werden entfernt.

4. Wärmebehandlung : Zur Linderung innerer Spannungen und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.

3. Oberflächenveredelung : Zur Verbesserung der Oberflächenqualität werden Verfahren wie Sandstrahlen oder Polieren angewendet.

5. Qualitätsprüfung : Die Teile werden auf Mängel und Maßgenauigkeit geprüft.

Arten der Metallveredelung

Die Oberflächenveredelung spielt eine entscheidende Rolle für die Funktionalität und Ästhetik von 3D-gedruckten Metallteilen. Angesichts der vielen verfügbaren Optionen, darunter Anodisieren, Härten, Glühen, Lackieren, Pulverbeschichten und Galvanisieren, kann die Wahl der richtigen Behandlung schwierig sein.

Um Ihnen die Auswahl zu erleichtern, haben wir die Behandlungen in übersichtliche Kategorien eingeteilt. So finden Sie leichter die optimale Lösung für Ihre Metallteile. Entdecken Sie Ihre Möglichkeiten und erzielen Sie das perfekte Finish!

Methoden zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

1. Stressabbau

Spannungsarmglühen spielt eine entscheidende Rolle bei der Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Metallteilen. Es handelt sich um ein Verfahren, das die mechanischen Eigenschaften dieser Teile deutlich verbessert. Dabei wird das Bauteil einem spezifischen Temperaturzyklus unterzogen, wodurch die während des Druckprozesses entstandenen Eigenspannungen effektiv abgebaut werden.

Spannungsarmglühen führt zu einem stabileren und robusteren Bauteil. Es verbessert die Maßgenauigkeit und reduziert die Wahrscheinlichkeit von Verzug oder Rissbildung im Betrieb deutlich. Diese Behandlung ist besonders vorteilhaft für Bauteile, die einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden oder die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Durch den Einsatz von Spannungsarmglühen können Hersteller die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von 3D-gedruckten Metallteilen erheblich verlängern.

Bildquellen: Industriemetallurgen

Glühen

Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das die Mikrostruktur von Werkstoffen verändert, um deren mechanische Eigenschaften zu verbessern. Hauptziel des Glühens ist die Erhöhung der Duktilität, die Verringerung der Härte und die Verbesserung der Zähigkeit. Beispielsweise profitieren Stahl, Kupfer und Aluminium häufig vom Glühen. Besonders vorteilhaft ist es für diese Werkstoffe, die durch Kaltverfestigung oder andere Fertigungsprozesse verändert wurden.

Das Glühen ist nach wie vor eine grundlegende Technik in der Werkstofftechnik. Es bietet eine vielseitige Methode, um die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen für spezifische Anwendungen anzupassen. Durch das Verständnis und die Kontrolle des Glühprozesses lässt sich die Werkstoffleistung deutlich verbessern und somit die Lebensdauer und Funktionalität von Bauteilen in zahlreichen Branchen verlängern.

Bildquelle: Make it From Metal

Härten

Die Härtung ist ein entscheidender Prozess in der Materialwissenschaft, der die Verformungsbeständigkeit eines Werkstoffs erhöht. Dieser Prozess ist unerlässlich für Anwendungen, die hohe Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit erfordern. Es gibt verschiedene Härtungsverfahren, von denen jedes seine spezifischen Ansätze und Vorteile aufweist.

Arbeitshärtung

Kaltverfestigung, auch Kaltverfestigung genannt, ist ein Verfahren zur Festigkeitssteigerung von Metallen durch plastische Verformung. Dieser Prozess wird durch die Anwendung von Spannungen erreicht, die die Streckgrenze des Materials überschreiten. Dadurch vermehren sich Versetzungen im Kristallgitter und verhaken sich. Die erhöhte Versetzungsdichte erschwert die weitere Verformung und erhöht somit die Härte und Festigkeit des Materials.

Wärmebehandlung Härtung

Die Wärmebehandlung ist ein kontrollierter Prozess des Erhitzens und Abkühlens von Metallen, um deren physikalische und mechanische Eigenschaften zu verändern, ohne die Form des Produkts zu verändern. Die gängigsten Wärmebehandlungsverfahren zur Härtung sind:

● Abschrecken: Das Metall wird auf eine hohe Temperatur erhitzt und anschließend schnell in Wasser, Öl oder Luft abgekühlt, um bestimmte Mikrostrukturen, wie zum Beispiel Martensit in Stahl, einzuschließen, die härter und fester sind.

● Anlassen: Das Anlassen wird häufig nach dem Abschrecken durchgeführt und beinhaltet das Erhitzen des Materials auf eine Temperatur unterhalb des kritischen Punktes, um die Sprödigkeit zu verringern und gleichzeitig die erhöhte Härte zu erhalten.

Legieren

Legieren bedeutet, einem Grundmetall andere Elemente hinzuzufügen, um dessen Eigenschaften zu verbessern. Beispielsweise entsteht durch die Zugabe von Kohlenstoff zu Eisen Stahl, der deutlich besser härtebar ist als reines Eisen. Andere Legierungselemente wie Chrom, Nickel und Molybdän können die Härtbarkeit ebenfalls erhöhen. Der wesentliche Unterschied zwischen Legieren und Wärmebehandlung besteht darin, dass Legieren eine dauerhafte Veränderung der Materialzusammensetzung bewirkt, während Wärmebehandlung eine reversible Veränderung des Mikrogefüges darstellt.

Einsatzhärtung

Die Einsatzhärtung ist ein Verfahren, bei dem die Oberfläche eines Metalls gehärtet wird, während das darunterliegende Metall weich bleibt. Dadurch entsteht an der Oberfläche eine dünne Schicht aus härterem Metall, die als „Einsatzhärtung“ bezeichnet wird. Zu den Techniken gehören:

● Aufkohlen: Das Aufbringen von Kohlenstoff auf die Oberflächenschicht von kohlenstoffarmem Stahl bei hohen Temperaturen.

● Nitrieren: Einbringen von Stickstoff in die Oberfläche von Stahl zur Bildung einer harten Nitridschicht.

Einsatzhärtende Metalle

Bildquelle: Double Stone Steel

Methoden zur Veränderung der Oberflächenglätte

Kugelstrahlen

Kugelstrahlen ist ein Oberflächenbearbeitungsverfahren, das die Oberflächenglätte von 3D-gedruckten Metallteilen verbessert. Dabei wird ein Strahl aus abrasivem Strahlmaterial unter hohem Druck auf die Oberfläche des Teils geschossen. Dieses Verfahren verbessert nicht nur die Optik, sondern trägt auch zu dessen Funktionalität bei.

Beim Kugelstrahlen werden verschiedene Strahlmittel wie Glas, Keramik oder Kunststoff verwendet. Die Materialwahl hängt von der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit und dem Material des zu strahlenden Werkstücks ab.

Vorteile des Kugelstrahlens

● Verbesserte Oberflächenbeschaffenheit: Durch das Kugelstrahlen werden die Schichtgrenzen und Unebenheiten geglättet, was zu einer gleichmäßigen, matten Oberfläche führt.

● Verbesserte Lackhaftung: Durch das Verfahren entsteht eine Oberfläche, die die Haftung von Lacken oder Beschichtungen verbessert.

● Entgraten: Dadurch werden Grate und scharfe Kanten effektiv entfernt, was für die Sicherheit und Funktionalität des Bauteils von entscheidender Bedeutung ist.

● Reinigung: Durch das Kugelstrahlen werden Verunreinigungen von der Oberfläche entfernt, was für Teile, die in empfindlichen Anwendungen eingesetzt werden, unerlässlich ist.

Bildquelle: AT Machining

Purzelbaum

Das Trommelpolieren, auch bekannt als Gleitschleifen, ist eine Nachbearbeitungstechnik zur effizienten Verbesserung der Oberflächengüte von 3D-gedruckten Metallteilen. Dieses Verfahren ist unerlässlich für Anwendungen, die eine hochwertige Oberfläche mit geringer Rauheit und verbesserter Ästhetik erfordern.

Beim Trommelpolieren werden 3D-gedruckte Teile zusammen mit Schleifmitteln wie Keramikpellets, Stahlstiften oder natürlichen Materialien wie Walnussschalen in eine Trommel oder einen Behälter gegeben. Die Trommel wird anschließend gedreht, wodurch die Schleifmittel an den Teilen vorbeigleiten und deren Oberflächen glätten und polieren.

Vorteile des Purzelns

● Gleichmäßiges Finish: Durch das Trommelpolieren wird ein gleichmäßiges Finish über das gesamte Teil hinweg erzielt, auch an schwer zugänglichen Stellen.

● Vielseitigkeit: Durch die Verwendung unterschiedlicher Medien lassen sich verschiedene Oberflächen erzielen, von matt bis hochglänzend.

● Entgraten: Dadurch werden Grate effektiv entfernt und scharfe Kanten abgerundet, was für die Sicherheit und die Montage von entscheidender Bedeutung ist.

● Effizienz: Durch das Trommelpolieren können viele Teile gleichzeitig bearbeitet werden, was es zu einer zeitsparenden Option für die Serienbearbeitung macht.

Bildquelle: INOVATEC MACHINERY

Zähneputzen

Bürsten ist eine kostengünstige und unkomplizierte Methode zum Entgraten. Dabei wird eine Bürste mit Drahtborsten verwendet, um Oberflächenunebenheiten zu entfernen und die Gesamtstruktur des Werkstücks zu verbessern.

Vorteile des Zähneputzens

● Zugänglichkeit: Durch Bürsten können Vertiefungen und komplizierte Geometrien erreicht werden, die andere Oberflächenbearbeitungsmethoden möglicherweise nicht erreichen.

● Flexibilität: Durch die Verwendung unterschiedlicher Bürstenmaterialien und Steifigkeitsgrade lassen sich verschiedene Oberflächenbearbeitungen erzielen, von der leichten Reinigung bis hin zum aggressiven Materialabtrag.

● Entgraten: Es eignet sich besonders gut zum Entgraten und gewährleistet so, dass die Teile sicher zu handhaben und für ihren Zweck geeignet sind.

● Oberflächenvorbereitung: Durch Bürsten kann die Oberfläche für nachfolgende Bearbeitungsprozesse wie Lackieren oder Beschichten vorbereitet werden.

Bildquelle: RAPID DIRECT

Methoden zur Veränderung der Oberflächenfarbe bei gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

Spritzlackierung

Beim Sprühlackieren wird eine Farbschicht als feiner Nebel aufgetragen, wodurch jedes Mal ein gleichmäßiges und glattes Finish gewährleistet wird.

Vorteile des Spritzlackierens

● Ästhetische Aufwertung: Durch Sprühlackierung lässt sich die optische Wirkung eines Bauteils mit einer breiten Farbpalette deutlich verbessern.

● Oberflächenschutz: Die Lackschicht bietet zusätzlichen Schutz vor Korrosion, Verschleiß und Umwelteinflüssen.

● Verbesserte mechanische Eigenschaften: Bestimmte Lackarten können die strukturelle Integrität des Bauteils erhöhen und es dadurch haltbarer machen.

Spritzlackierung von Edelstahlteilen (SS316L) bei 3DSPRO

Wärmedämmschicht

Wärmedämmschichten (TBCs) sind hochentwickelte Materialsysteme, die üblicherweise auf metallischen Oberflächen eingesetzt werden, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Gasturbinen- oder Triebwerkskomponenten. Diese Schichten isolieren Bauteile vor hohen und anhaltenden Wärmebelastungen, indem sie eine wärmedämmende Schicht bilden.

Vorteile von Wärmedämmschichten

● Temperaturreduzierung: Wärmedämmschichten können die Oberflächentemperatur des beschichteten Teils um Hunderte von Grad senken und so die Lebensdauer des Teils verlängern.

● Verbesserte Effizienz: Wärmedämmschichten können die Effizienz von Motoren und Turbinen verbessern, indem sie es ermöglichen, dass Bauteile bei höheren Temperaturen betrieben werden, ohne deren Integrität zu beeinträchtigen.

● Verbesserte mechanische Eigenschaften: Wärmedämmschichten bieten eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und können dazu beitragen, Oxidation und Korrosion des darunter liegenden Metalls zu verhindern.

● Farbänderung: Wärmedämmschichten (TBCs) dienen zwar primär dem Wärmeschutz, können aber auch zur Farbänderung der Bauteiloberfläche eingesetzt werden. Die in TBCs verwendeten Keramikmaterialien lassen sich pigmentieren, um eine breite Farbpalette zu erzielen. Dies ist vorteilhaft für die Kennzeichnung von Bauteilen oder zur Verbesserung ihres ästhetischen Erscheinungsbilds.

Bildquelle: Metallisierung

Plasmaspritzbeschichtung

Die Plasmaspritzbeschichtung ist ein Oberflächenbehandlungsverfahren, das eine Schutzschicht auf 3D-gedruckte Metallteile aufbringt und so deren Ästhetik und mechanische Eigenschaften verbessert. Dabei wird ein Plasmabrenner eingesetzt, um pulverförmiges Beschichtungsmaterial zu schmelzen, das anschließend auf die Oberfläche des Bauteils gesprüht wird.

Vorteile der Plasmaspritzbeschichtung

● Verbesserte Haltbarkeit: Die Beschichtung bietet hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und verlängert so die Lebensdauer des Bauteils.

● Verbesserte Leistung: Beschichtungen können so entwickelt werden, dass sie die thermischen und elektrischen Eigenschaften verbessern und sich dadurch für Hochleistungsanwendungen eignen.

● Ästhetische Vielseitigkeit: Durch die Verwendung unterschiedlicher Beschichtungsmaterialien lässt sich eine breite Farbpalette erzielen, wodurch das Erscheinungsbild des Bauteils individuell gestaltet werden kann.

Bildquelle: Science Learning Hub

Galvanisierung

Bei der Galvanisierung wird mithilfe eines elektrischen Stroms eine dünne, sorgfältig kontrollierte Metallschicht auf die Oberfläche eines Bauteils aufgebracht.

Vorteile der Galvanisierung

● Verbesserte Verschleißfestigkeit: Die Metallbeschichtung, ein wichtiges Ergebnis der Galvanisierung, kann die Abrieb- und Verschleißfestigkeit des Bauteils deutlich erhöhen und dadurch seine Lebensdauer verlängern und die Wartungskosten senken.

● Verbesserter Korrosionsschutz: Durch Galvanisierung lassen sich Oxidation und Korrosion verhindern, insbesondere bei der Verwendung von Metallen wie Nickel oder Chrom.

● Ästhetische Wirkung: Durch Galvanisierung kann eine glänzende, reflektierende Oberfläche oder eine Vielzahl von Farben erzielt werden, je nach verwendetem Metall.

● Erhöhte Festigkeit: Die zusätzliche Metallschicht kann zur Gesamtfestigkeit und Haltbarkeit des Bauteils beitragen.

Bildquelle: RAPID DIRECT

Elektrotauchlackierung

Elektrotauchbeschichtung, auch E-Coating oder elektrophoretische Abscheidung genannt, ist ein Verfahren, bei dem mithilfe von elektrischem Strom eine Farbe oder Beschichtung auf die Oberfläche eines Bauteils aufgebracht wird. Diese Methode eignet sich besonders gut für komplexe und filigrane 3D-gedruckte Metallteile.

Vorteile der Elektrotauchlackierung

● Gleichmäßige Beschichtung: Die Elektrotauchlackierung sorgt für eine gleichmäßige und konsistente Beschichtung, auch bei Teilen mit komplexen Geometrien.

● Verbesserte Haltbarkeit: Die Beschichtung ist beständig gegen Absplitterungen, Korrosion und UV-Schäden, was die mechanischen Eigenschaften des Bauteils verbessert.

● Farbanpassung: Es kann eine breite Farbpalette realisiert werden, wodurch eine ästhetische Individualisierung der Teile möglich ist.

● Umweltfreundlich: Die Elektrotauchlackierung verbraucht weniger Energie und erzeugt weniger Abfall als andere Beschichtungsverfahren.

Bildquelle: Luft- und Raumfahrtfertigung und -design

Pulverbeschichtung

Bei der Pulverbeschichtung wird ein trockenes Pulver auf die Oberfläche des Bauteils aufgetragen und anschließend unter Hitzeeinwirkung ausgehärtet, wodurch eine hautartige Schicht entsteht.

Vorteile der Pulverbeschichtung

● Langlebigkeit: Die Pulverbeschichtung erzeugt eine harte Oberfläche, die widerstandsfähiger ist als herkömmliche Lacke und dadurch kratzfest, abriebfest und verschleißfest ist.

● Gleichmäßiges Finish: Die elektrostatische Applikation gewährleistet eine gleichmäßige Beschichtung ohne Tropfen oder Läufer.

● Farbvielfalt: Es steht eine breite Palette an Farben und Texturen zur Verfügung, die eine vollständige Individualisierung des Erscheinungsbildes des Teils ermöglicht.

● Umweltverträglichkeit: Pulverbeschichtung ist ein umweltfreundliches Verfahren, da es keine Lösungsmittel enthält und nur minimale Mengen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) freisetzt.

Bildquelle: POWDERWERX

Anodisieren

Anodisieren ist ein Oberflächenveredelungsverfahren, das die natürliche Oxidschicht auf Metallteilen, insbesondere auf Aluminium, verstärkt.

Vorteile des Anodisierens

● Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: Die anodisierte Schicht schützt das Bauteil vor Oxidation und Umwelteinflüssen.

● Erhöhte Verschleißfestigkeit: Durch die Anodisierung wird die Oberfläche gehärtet und dadurch widerstandsfähiger gegen Kratzer und Abnutzung.

● Verbesserte Ästhetik: Durch Färben lässt sich eine breite Farbpalette erzielen, was individuelle Gestaltungsmöglichkeiten und Branding ermöglicht.

● Elektrische Isolation: Die anodisierte Schicht kann als Isolator wirken, was für elektronische Bauteile von Vorteil ist.

Bildquelle: Monster Builder

Methoden zur Veränderung der Oberflächenrauheit

Polieren

Beim Polieren werden verschiedene Techniken eingesetzt, um die Oberfläche zu glätten und dadurch die Rauheit zu verringern sowie die ästhetischen und funktionellen Eigenschaften des Bauteils zu verbessern.

Vorteile des Polierens

● Verbesserte Oberflächenqualität: Durch das Polieren wird die Oberflächenrauheit reduziert, was zu einer glatteren und optisch ansprechenderen Oberfläche führt.

● Verbesserte mechanische Eigenschaften: Eine polierte Oberfläche kann die Dauerfestigkeit verbessern, indem Spannungsspitzen und Mikrorisse beseitigt werden.

● Erhöhte Korrosionsbeständigkeit: Durch Glätten der Oberfläche kann die Wahrscheinlichkeit von Korrosionsinitiierungspunkten verringert werden.

Bildquelle: Markham Metals

Elektropolieren

Elektropolieren ist ein Verfahren zur Oberflächenveredelung von Metallteilen, wodurch deren ästhetische und funktionelle Eigenschaften verbessert werden. Es eignet sich besonders für 3D-gedruckte Metallteile, die aufgrund des schichtweisen Aufbaus Oberflächenunebenheiten aufweisen können.

Vorteile des Elektropolierens

● Super Glätte: Durch Elektropolieren lässt sich die Oberflächenrauheit deutlich reduzieren, wodurch ein höherer Glättegrad als bei vielen mechanischen Bearbeitungsverfahren erreicht wird.

● Komplexe Geometrien: Mit diesem Verfahren lassen sich auch Teile mit komplexen oder unregelmäßigen Formen polieren, wodurch Bereiche erreicht werden, die für andere Oberflächenbearbeitungsmethoden unzugänglich sind.

● Korrosionsbeständigkeit: Eine glattere Oberfläche bedeutet weniger Stellen, an denen sich korrosive Elemente festsetzen können, wodurch die Lebensdauer des Bauteils potenziell verlängert wird.

● Gleichmäßiges Finish: Durch Elektropolieren wird im Allgemeinen ein gleichmäßigeres Finish über die gesamte Teileoberfläche erzielt, ohne Spuren oder Muster zu hinterlassen.

Bildquelle: Cougartron

Methoden zur Montage großer 3D-gedruckter Metallteile

Kaltverschweißen

Kaltschweißen, auch Kontaktschweißen genannt, ist ein Festkörperschweißverfahren, das zwei oder mehr Metallteile ohne Wärmezufuhr verbindet. Diese Technik eignet sich besonders für die Montage großer, 3D-gedruckter Metallteile, bei denen herkömmliche Schweißverfahren schwierig sein können.

Vorteile des Kaltschweißens

● Keine Wärmeeinflusszone (WEZ): Da keine Wärme zugeführt wird, besteht kein Risiko einer Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Teile durch thermische Effekte.

● Materialverträglichkeit: Durch Kaltschweißen können unterschiedliche Metalle verbunden werden, die mit anderen Schweißverfahren möglicherweise nicht kompatibel sind.

● Präzision: Das Verfahren ermöglicht eine präzise Kontrolle der Verbindung und ist daher ideal für komplexe Baugruppen.

● Sauber und umweltfreundlich: Beim Kaltschweißen entstehen keine Dämpfe, Spritzer oder Strahlung, wodurch es sich um ein sauberes und umweltfreundliches Verfahren handelt.

Bildquelle: Fractory

Diffusionsbindung

Diffusionsschweißen ist ein Festkörper-Fügeverfahren, das eine Verbindung zwischen zwei Oberflächen auf atomarer Ebene herstellt.

Vorteile des Diffusionsschweißens

● Festigkeit: Die durch Diffusionsschweißen erzeugte Verbindung ist typischerweise so fest wie das Grundmaterial und bietet somit eine ausgezeichnete strukturelle Integrität.

● Präzision: Dieses Verfahren ermöglicht das Verbinden komplexer und filigraner Formen mit hoher Maßgenauigkeit.

● Materialvielfalt: Diffusionsschweißen kann mit einer breiten Palette von Metallen und Legierungen eingesetzt werden, einschließlich solcher, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu schweißen sind.

● Reinheit: Bei diesem Verfahren werden keine Verunreinigungen oder zusätzliche Materialien wie Füllmetalle eingebracht, wodurch die Reinheit der Baugruppe gewährleistet wird.

Bildquelle: FOTOFAB

3DSPRO SLM 3D-Druckdienstleistungen

Bei 3DSPRO sind wir auf selektives Laserschmelzen (SLM) 3D-Druck spezialisiert und bieten Ihnen innovative Lösungen, um Ihre Ideen in hochwertige Metallteile umzusetzen.

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