Raise3D MetalFuse - Industrieller 3D-Metalldrucker

Raise3D, der renommierte Hersteller von FDM-3D-Druckern und Qualitätsfilamenten, hat MetalFuse entwickelt - eine Komplettlösung für die additive Fertigung mit den BASF-Metallfilamenten Ultrafuse 17-4PH und Ultrafuse 316L sowie dem Ultrafuse Support Layer Filament, ideal für die Herstellung von Werkzeugen, Vorrichtungen, Funktionsteilen, Prototypen und Serien.

Video 1: Die MetalFuse-Inhouse-Komplettlösung für die Herstellung mit den BASF Ultrafuse Filamenten. Quelle: Raise3D.

Die MetalFuse-Lösung ist das erste vollständig integrierte Inhouse-Druck-Ökosystem, das die Ultrafuse-Metallfilamente von BASF verwendet. Sie zeichnet sich durch relativ niedrige Betriebs- und Wartungskosten aus und bietet unzählige weitere Vorteile gegenüber der SLS-Metallherstellung oder herkömmlichen Metallherstellungsverfahren. 

Additive gegenüber traditioneller Metallherstellung

Die herkömmliche Fertigung eignet sich hervorragend für die Herstellung großer Mengen. Wenn es jedoch um anspruchsvolle Designs in kleinen und mittleren Stückzahlen geht, ist die additive Fertigung konkurrenzlos. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren für Metall wie CNC-Bearbeitung oder Metall-Spritzguss (MIM) oder sogar SLS-3D-Druck mit Metallpulvern bietet die additive Fertigung mit Metallfilamenten unzählige Vorteile.

Vídeo 2: Wie Raise3D die flexible Fertigung umsetzt. Quelle: Raise3D.

Sie reduziert nicht nur die Produktionszeit und -kosten erheblich und erhöht die Anwendersicherheit, sondern gibt dem Anwender auch viel mehr Freiheit in Bezug auf das Design des Teils, seine Anpassbarkeit und die Anzahl der produzierten Teile. Dies ermöglicht die Herstellung von Teilen, die bei der herkömmlichen Fertigung teurer, zeitaufwändiger oder einfach nicht machbar sind.

Bild 1: Ein Vergleich der Eigenschaften von Teilen, die mit Ultrafuse 316L mit MIM vs. MetalFuse hergestellt wurden. Quelle: Raise3D, Amerikanischer Verband der pulvermetallurgischen Industrie.

Dennoch müssen Teile, die mit metallischen Filamenten 3D-gedruckt werden, einen Entbinderungs- und Sinterungsprozess durchlaufen - Prozesse, die das bindende Polymer entfernen und das grüne Teil in ein braunes Teil und dann in ein vollständig metallisches Objekt verwandeln. Entbindern und Sintern sind anspruchsvolle und komplexe Prozesse, weshalb diese Dienstleistungen normalerweise von Fachleuten mit Hilfe von Spezialgeräten durchgeführt werden. Mit MetalFuse kann dies jedoch einfach und sicher im eigenen Haus durchgeführt werden.

Was beinhaltet MetalFuse?

Die MetalFuse-Lösung besteht aus:

1. Forge 1 - ein Desktop-Metall-3D-Drucker.
2. D200-E - ein katalytischer Entbinderungsofen.
3. S200-C - ein Vakuum-Sinterofen.

Alle sind für maximalen Benutzerkomfort und Sicherheit sowie für einen effizienten 3D-Metalldruck-Workflow optimiert - vom Laminieren über das Drucken, Entbindern und Sintern bis hin zum fertigen 100 %igen Metallteil.

Bild 2: Die MetalFuse-Lösung für die additive Fertigung mit den Ultrafuse-Metallfilamenten der BASF. Quelle: Raise3D.

Mit der Raise3D MetalFuse-Lösung durchlaufen Grünteile (1), die mit Ultrafuse-Metallfilamenten auf dem Forge 1-Drucker gedruckt wurden, den Entbinderungsprozess (2) im katalytischen Entbinderungsofen D200-E, um das Polymerbindemittel von dem Teil zu entfernen. 

Bild 3: Der Druck-, Entbinderungs- und Sinterungsprozess mit MetalFuse. Quelle: Raise3D.

Als nächstes wird das entstandene braune Teil zum Sintern (3) in den S200-C-Ofen gelegt, wo das restliche bindende Polymer entfernt wird. Das Ergebnis ist ein vollständig metallisches Teil (4), das weiter bearbeitet werden kann, zum Beispiel durch Polieren.

Forge 1 Desktop-Metall-3D-Drucker

Der Forge 1 FDM 3D-Drucker verfügt über ein beachtliches Bauvolumen von 300 x 300 x 300 mm für die einfache Extrusion und 255 x 300 x 300 mm für die Doppelextrusion. Dies gibt dem Benutzer Freiheit in Bezug auf die Größe und Komplexität der Teile und ermöglicht auch die Produktion von vielen Teilen auf einmal in Chargen.

Bild 4: Der Forge 1 Metall-3D-Drucker ist Teil der MetalFuse-Lösung. Quelle: Raise3D.

Das duale Extrusionssystem mit elektronischem Hub und präziser Kinematik gewährleistet eine hohe Druckgeschwindigkeit (30-150 mm/s) und Genauigkeit. Der Raise3D Forge1 druckt Schichten von 0.25 bis 0.1 mm und produziert Teile mit glatten Außenflächen. Der Forge1 verfügt über eine automatisch nivellierte Glas-Bauplatte mit einem Silikon-Heizbett, das eine optimale Haftung und eine genaue Kalibrierung gewährleistet. Der Forge1 ist standardmäßig mit einer 0.4-mm-Düse ausgestattet, die bei Temperaturen von bis zu 300 ºC drucken kann.

Bild 5: Der Forge 1 Metall-3D-Drucker im Doppelextrusionsmodus. Quelle: Raise3D.

Darüber hinaus verfügt der Forge 1 3D-Drucker über mehrere intelligente Funktionen, die den Arbeitsprozess optimieren und ihn sicher und effizient machen. Der 3D-Drucker ist mit einem HEPA-Filter mit Aktivkohle ausgestattet und erzeugt im Betrieb nur etwa 55 dB, was den 3D-Druckprozess leise und angenehm macht und das Gerät für lärmempfindliche Umgebungen wie Labore oder Lehranstalten geeignet macht.

Entbinderungsofen D200-E

Der Entbinderungsofen MetalFuse D200-E verwendet das katalytische Entbindern mit Oxalsäure in einer Argon-Stickstoff-Atmosphäre, ein völlig sicheres und umweltfreundliches Verfahren mit einer sehr hohen Entbinderungsrate (über 1 mm/h). Die im Raise3D D200-E-Ofen verwendete katalytische Oxalsäure-Entbinderungsmethode ist der erste Fall, in dem diese Technologie im Kontext der additiven Fertigung von Metallen angewandt wird, da andere AM-Methoden Lösungsmittel oder thermische Entbinderungen für mit Metallfilamenten gedruckte Teile verwenden.

Bild 6: Der Entbinderungsofen D200-E. Quelle: Raise3D.

Nach internen Tests von Raise3D führt dieses Verfahren zu einer 60 %igen Zeitersparnis beim Entbindern (4-12 Stunden statt 12-7 Stunden) im Vergleich zum Entbindern mit Lösungsmitteln oder thermischem Entbindern, ist einfacher als die Behandlung mit Salpetersäure und erhöht die Dichte des Teils auf bis zu 98 % der Dichte von Schmiedeeisen (52 % mehr im Vergleich zu Produkten, die mit Lösungsmitteln entbindert wurden).

Der Entbinderungsofen D200-E hat eine 200 x 200 x 200 mm große Arbeitskammer mit verstellbaren Etagenböden (7 Positionen).  Der D200-E ist mit verschiedenen intelligenten Funktionen ausgestattet, wie z. B. Sicherheitsverriegelungen, einer Not-Aus-Taste an der Vorderseite und Aktivkohle-Adsorptionseinrichtungen für die Abgasbehandlung. Außerdem kann die D200-E dank der eingebauten Lenkrollen mit einstellbaren Nivellierverschlüssen bewegt werden.

Bild 7: Die Benutzeroberfläche des Entbinderungsofens D200-E. Quelle: Raise3D.

Das Gerät verfügt über eine benutzerfreundliche Oberfläche, die auf einem 7-Zoll-Touchscreen angezeigt wird, und kann über WLAN oder Ethernet über einen beliebigen Browser mit dem Netzwerk verbunden werden. Der Fortschritt des Entbinderungsauftrags kann live verfolgt werden und es werden automatisch generierte Temperatur- und Druckprofile bereitgestellt.

S200-C Sinterofen

Der letzte Schritt auf dem Weg zu einem 100 %igen Metallteil im 3D-Druck ist das Sintern. Der Vakuumsinterofen S200-C ist Teil der Raise3D MetalFuse Lösung für die additive Fertigung mit den BASF Ultrafuse Metall Filamenten. Der S200-C hat die Aufgabe, in einer Argon-Stickstoff-Atmosphäre mit Hilfe von Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls, die durch einen Graphit-Heizstab auf maximal 1450 ºC erzeugt werden, die Reste des Polymerbinders aus dem braunen Teil zu entfernen. Auf diese Weise erhält das Teil seine endgültigen Härte- und Festigkeitseigenschaften.

Bild 8: Außen- und Innenansicht des Sinterofens S200-C. Quelle: Raise3D.

Der Sinterofen S200-C zeichnet sich durch seine schnellen Sinterfähigkeiten in Verbindung mit einem niedrigen Gas- und Energieverbrauch aus, ein unbestreitbarer Vorteil für die Produktion in kleinem Maßstab. Der Argon-Gasverbrauch liegt bei nur 3 l/min und der Sinterprozess dauert etwa 10-24 Stunden (im Vergleich zu 17-31 Stunden bei anderen Sintergeräten) und verbraucht 80 kWh.

Bild 9: Das MetalFuse-Sinterverfahren. Quelle: Raise3D.

Der Sinterofen Raise3D S200-C verfügt über eine 200 x 200 x 200 mm große Arbeitskammer mit verstellbaren Etagenböden (6 Positionen), einen Not-Aus-Schalter an der Vorderseite und einen Übertemperaturschutz, wodurch er sicher und bequem zu bedienen ist.

Bild 10: MetalFuse ist mit der Laminiersoftware ideaMaker Metal kompatibel. Quelle: Raise3D.

Ähnlich wie die anderen Geräte der MetalFuse-Familie ist der Sinterofen S200-C mit einem 7-Zoll-Touchscreen-Display für eine komfortable Steuerung und mit einer intuitiven Benutzeroberfläche ausgestattet, die es dem Benutzer ermöglicht, den Prozess einfach zu verwalten. Darüber hinaus ist das Gerät vollständig kompatibel mit einer speziellen Ausgabe der ideaMaker-Software (ideaMaker Metal), die für ein reibungsloses Sintern optimierte Vorlagen bietet.

Kostengünstiger Metalldruck möglich gemacht

Die MetalFuse-Bündellösung für die additive Fertigung von Metallen wurde durch die Kombination zweier Kräfte geboren: Raise3Ds visionärer Geist und Erfahrung im Bau von High-End-3D-Druckgeräten und BASFs hochwertige Ultrafuse-Metallfilamente und Know-how aus dem Metall-Spritzguss (MIM).

Bild 11: Gesinterte (links) und polierte (rechts) Teile, hergestellt mit der MetalFuse-Lösung. Quelle: Raise3D.

Diese Vorzüge, kombiniert mit dem Wunsch, eine kosteneffiziente Lösung für die additive Fertigung von Metallen anzubieten, resultierten in dem Metall-3D-Drucker Forge 1, dem Entbinderungsofen D200-E und dem Sinterofen S200-C. Diese drei Geräte ermöglichen es dem Anwender, komplexe Teile oder Kleinserien mit den Ultrafuse-Metallfilamenten von BASF herzustellen, die Teile zu entbindern und zu sintern - und das alles in einem einfachen, sicheren, zuverlässigen, schlanken, optimierten und effizienten Arbeitsablauf. Dank der Raise3D MetalFuse-Lösung für die BASF Ultrafuse-Metallfilamente wird die Handhabung der Grünteile erheblich minimiert, die Wartezeit von der Idee bis zum fertigen Teil drastisch verkürzt, die Notwendigkeit, mit Dritten für D&S zu interagieren, auf Null reduziert und die volle Vertraulichkeit durch die Durchführung des gesamten Prozesses im Haus gewährleistet.