3D-Druck-Herstellung von Metallteilen im Wachsausschmelzverfahren vs. DMLS

Die Welt der Herstellung von Prototypen aus Metalllegierungen und der Kleinserienfertigung hat sich dank der 3D-Drucktechnologie stark weiterentwickelt. Es gibt jedoch einige traditionelle Techniken, die nicht verschwunden sind, sondern sich weiterentwickelt haben.

Dies ist der Fall bei der Herstellung von verlorenem Wachs, einer jahrtausendealten Technik, die sich von der Notwendigkeit entwickelt hat, ein Originalwachs mehr oder weniger in Handarbeit herzustellen, um leichte Wachsmatrizen herzustellen und Kurzserien herzustellen, bis schließlich Teile in 3D-Harzdruckern hergestellt werden können, wie Form 2 und das Gießharz, oder FDM 3D-Drucker Drucker mit speziellen Materialien für verlorenes Wachs (MoldLay) die den Markt wie PolyCast revolutioniert haben, dank seiner hohen Präzision und ausgezeichneten Oberflächenqualität.

Video 1: Herstellung von Teilen durch verlorenes Wachs mit PolyCast. Quelle: Polymaker

Wenn wir zu den Anfängen des 3D-Drucks zurückkehren, finden wir den PLA, ein preisgünstiges Material, das von fast allen 3D-Druckern verwendet wird, einschließlich Heimdruckern, die in der Lage sind, das Originalteil herzustellen, das dann in eine Masse aus Sand und Bindemittel eingefügt wird, um beim Erhitzen im Ofen eine Form zu bilden.

Vor einigen Jahren (2015), als diese Technik noch nicht allgemein verbreitet war, bat ennomotive, eine Innovationsplattform mit einer globalen Gemeinschaft von Ingenieuren, sie auf Wunsch eines Kunden, einen innovativen, schnelleren und kostengünstigeren Weg vorzuschlagen, seine Prototypen aus Titanlegierungen für die Luftfahrtindustrie herzustellen, und wenn möglich auch Kurzserien herzustellen, voll funktionsfähig, ohne die wirtschaftlichen Kosten und die Zeit, die für den traditionellen Prozess der Herstellung von Metallformen für die Spritzguss- oder Gießherstellung von Teilen erforderlich sind.

Zu dieser Zeit schlug einer der Ingenieure der Community, aus dem Gazastreifen, der seine Ingenieurstudien in den USA absolviert hatte und dessen Abschlussprojekt sich mit dieser Technik des 3D-Drucks in PLA und der Herstellung mit der Methode des verlorenen Wachses beschäftigte, es als Lösung vor. Er kannte ihre Vorzüge sehr gut.

Der Kunde, ungläubig angesichts einer Lösung, die ihm Monate und viele Tausende von Euro ersparte, und die von keinem der Tausenden von Ingenieuren, die das Unternehmen hatte, genutzt oder vorgeschlagen wurde, kommentierte: "Entspricht das so hergestellte Teil den strengen Standards der Luftfahrtvorschriften?" Die Antwort war vernichtend: "Ja, und es gibt auch solche, die anfangen, es zu verwenden, und wir können Sie mit denen in Kontakt bringen, die es herstellen können; es dauert 3 weitere Tage, um es zu transportieren."

Zu dieser Zeit 3D-Drucker, die Metallteile herstellen konnten, taten sie dies immer noch mit nur wenigen Legierungen, sie erzielten nicht die notwendigen Oberflächen, noch die gleichen technischen Spezifikationen eines Teils, das durch Formen (und Zentrifugieren oder Vakuum, wenn nötig) hergestellt wurde, abgesehen davon, langsam und teuer zu sein.

Aber die Technologie setzt ihre Entwicklung fort, und die technischen Eigenschaften der hergestellten Teile haben sich verbessert, ebenso wie ihre Kosten und die Anzahl der verfügbaren Legierungen. Die Technologie des verlorenen Wachses ist jedoch immer noch voll im Gange und basiert auf 3D-Druck FDM, sodass, obwohl die DMLS-Technologie viel Fortschritte gemacht hat, was würden die Ingenieure der Community jetzt empfehlen, wenn sie erneut auf ennomotive.com gefragt würden?

Nun, die Antwort variiert und hängt stark von dem Teil, den technischen Anforderungen, der Dimension, den Materialien usw. ab, und es könnte gut sein, dass mit der Entwicklung der Herstellungsmethoden einige der Ingenieure empfehlen würden: "Ändern Sie das Design" oder "Ändern Sie die Materialien", wie sie es beim ersten Mal getan haben, indem sie fragten, warum dieses Teil aus einer Titanlegierung hergestellt wurde und nicht aus irgendeiner Art von Harz, das die geforderten technischen Spezifikationen erfüllen könnte.

Deshalb gibt es eine Reihe von Empfehlungen bei der Auswahl der Herstellungstechnologie, aber es ist der geschulte Blick des Konstrukteurs-Ingenieurs, der diese Techniken gut kennt (und Achtung, denn sie verbessern sich jeden Tag), was mit der besten Kombination aus Qualität / Kosten erreicht werden kann.

• Zu diesem Zeitpunkt haben die beiden Techniken sehr ähnliche Oberflächen, wobei je nach Qualität des Prozesses und des Materials eine der beiden hervorgehoben wird. Es gibt zum Beispiel DMLS-Drucker, die eine ausgezeichnete Oberflächenqualität bieten, aber es gibt auch Filamente für 3D-FDM-Druck (PolyCast), die eine völlig glatte Oberfläche erzeugen.
• Wie bei der Oberflächenbeschaffenheit ist der Debatten über die geometrische Präzision ziemlich ausgeglichen, wobei es wahr ist, dass mit der DMLS-Technologie Endteile mit einer größeren Genauigkeit von 0,1 mm ± 0,3% erreicht werden.
• Was die Größe betrifft, können große Teile mit dem verlorenen Wachs gedruckt werden, z. B. 2 m, während sie mit DMLS normalerweise kleiner sind, obwohl sie später verbunden werden können, um die erforderliche Größe zu erreichen.
• Wo das verlorene Wachs Vorteile hat, ist es möglich, das gewünschte Material auszuwählen, ohne Einschränkungen, während das Materialangebot für DMLS, obwohl es zunimmt, begrenzt ist.
• Im Gegensatz dazu ermöglicht die DMLS-Technologie komplexere geometrische Formen (z. B. interne Strukturen) und dünnere Wände, was von der verlorenen Wachs-Technologie nicht erlaubt wird, die komplexe Geometrien zulässt, jedoch mit einer Grenze.
• Die DMLS ermöglicht es, verschiedene Komponenten gleichzeitig in dasselbe Stück zu integrieren (obwohl dies nicht der Fall war).
• Aber wenn es um Geschwindigkeit und Kosten geht, was für die Industrie entscheidend ist, ist es derzeit vorteilhaft für das verlorene Wachs, weshalb es nach wie vor weit verbreitet in der Luftfahrtindustrie eingesetzt wird; Obwohl der rasante Fortschritt der DMLS-Technologie sie näher bringt und dass sie jeden Tag mehr in der Industrie verwendet wird.

Also bei dem oben genannten Teil, da seine Geometrie nicht allzu kompliziert war und das Material eine spezielle Legierung war, für die Herstellung von Kurzserien würde wahrscheinlich wieder das verlorene Wachs gewählt, insbesondere jetzt, da es Materialien für den 3D-Druck FDM wie PolyCast gibt, ein speziell für die Herstellung durch verlorenes Wachs entwickeltes Filament. Obwohl zum Zeitpunkt des Lesens dieses Artikels die Karten sich geändert haben könnten. Werden wir die Ingenieur-Community erneut fragen? Oder werden wir über das Neueste im 3D-Druck informiert sein?

Die Entwicklung von Materialien und Technologien ist so schnell, dass eine heute akzeptierte Lösung in weniger als 5 Jahren veraltet sein kann. Das frenetische Tempo der Fortschritte in der additiven Fertigung ist unaufhaltsam.

Artikel in Zusammenarbeit mit ennomotive.