SLM 3D-Druck und seine Nachbearbeitung
Der 3D-Druck mit selektivem Laserschmelzen (SLM) ist ein revolutionäres additives Fertigungsverfahren, bei dem feine Metallpulver mithilfe eines Hochleistungslasers verschmolzen werden. Diese Technik eignet sich ideal für die Herstellung komplexer Geometrien und Teile mit hoher Dichte und mechanischen Eigenschaften, die der CNC-Bearbeitung ähneln.
Die Nachbearbeitung im SLM ist nicht nur ein notwendiger Schritt, sondern ein Schlüssel zur Entfaltung des vollen Potenzials der Technologie. Sie ist entscheidend für die Erzielung der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit und mechanischen Eigenschaften und steigert so den Wert und die Qualität des Endprodukts.
Die Nachbearbeitung beim SLM-3D-Druck umfasst typischerweise:
1. Kühlung : Da beim SLM-3D-Druck Teile in einem Hochenergielaser geschmolzen werden, haben die gedruckten Metallteile eine relativ hohe Temperatur. Metallteile müssen daher nach dem Drucken gekühlt werden.
2. Entfernen Sie Metallpulverrückstände : Metallpulver kann noch vorhanden sein und an der Oberfläche haften. Vor dem nächsten Schritt müssen die Rückstände entfernt werden.
3. Entfernen von Stützstrukturen : Strukturen, die neben dem Teil gedruckt wurden, um Verformungen zu verhindern, werden entfernt.
4. Wärmebehandlung : Zum Abbau innerer Spannungen und zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
3. Oberflächenveredelung : Zur Verbesserung der Oberflächenqualität werden Methoden wie Sandstrahlen oder Polieren angewendet.
5. Qualitätskontrolle : Die Teile werden auf Defekte und Maßgenauigkeit geprüft.

Arten der Metallveredelung
Die Oberflächenveredelung spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Funktionalität und Ästhetik von 3D-gedruckten Metallteilen. Angesichts der Vielzahl an verfügbaren Optionen, darunter Eloxieren, Härten, Glühen, Lackieren, Pulverbeschichten und Galvanisieren, kann die Auswahl der richtigen Behandlung eine Herausforderung sein.
Um den Prozess zu vereinfachen, haben wir diese Behandlungen in prägnante und übersichtliche Kategorien eingeteilt. So können Sie die beste Option für Ihre Metallteile leichter verstehen und auswählen. Lassen Sie uns Ihre Möglichkeiten erkunden und mit dem Erreichen des perfekten Finishs beginnen!

Methoden zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften
1. Stressabbau
Spannungsabbau spielt eine entscheidende Rolle bei der Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Metallteilen. Es handelt sich um eine Methode, die die mechanischen Eigenschaften dieser Teile deutlich verbessert. Dabei wird das Bauteil einem speziellen Wärmezyklus unterzogen, der die während des Druckvorgangs entstandenen Eigenspannungen effektiv abbaut.
Spannungsarmglühen führt zu einem stabileren und robusteren Bauteil. Es verbessert die Maßgenauigkeit und reduziert die Wahrscheinlichkeit von Verformungen oder Rissen im Betrieb deutlich. Diese Behandlung ist besonders vorteilhaft für Komponenten, die einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden oder ein hohes Maß an Zuverlässigkeit erfordern. Durch Spannungsarmglühen können Hersteller die Lebensdauer und Leistung der 3D-gedruckten Metallteile deutlich verlängern.

Bildquellen: Industriemetallurgen
Glühen
Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das die Mikrostruktur von Materialien verändert und so ihre mechanischen Eigenschaften verbessert. Das Hauptziel des Glühens ist es, die Duktilität zu erhöhen, die Härte zu verringern und die Zähigkeit zu verbessern. Beispielsweise profitieren Stahl, Kupfer und Aluminium häufig vom Glühen. Glühen ist besonders vorteilhaft für diese Materialien, die durch andere Herstellungsverfahren kaltverfestigt oder verändert wurden.
Das Glühen ist nach wie vor ein Eckpfeiler der Werkstofftechnik. Es bietet eine vielseitige Methode, die mechanischen Eigenschaften von Materialien für spezifische Anwendungen anzupassen. Durch das Verständnis und die Kontrolle des Glühprozesses lässt sich die Materialleistung deutlich verbessern und so die Lebensdauer und Funktionalität von Komponenten in zahlreichen Branchen verlängern.

Bildquelle: Machen Sie es aus Metall
Härten
Härten ist ein wichtiger Prozess in der Materialwissenschaft, der die Verformungsbeständigkeit eines Materials erhöht. Dieser Prozess ist unerlässlich für Anwendungen, die hohe Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit erfordern. Es gibt verschiedene Methoden zum Härten, jede mit ihrem eigenen Ansatz und ihren eigenen Vorteilen.
Kaltverfestigung
Kaltverfestigung, auch Kaltverfestigung genannt, ist ein Verfahren zur Festigung von Metallen durch plastische Verformung. Der Prozess wird durch die Anwendung von Spannungen erreicht, die die Streckgrenze des Materials überschreiten. Dadurch vermehren sich Versetzungen innerhalb der Kristallstruktur und verhaken sich. Die erhöhte Versetzungsdichte erschwert weitere Verformungen und erhöht so die Härte und Festigkeit des Materials.
Wärmebehandlung Härten
Wärmebehandlung ist ein kontrollierter Prozess des Erhitzens und Abkühlens von Metallen, um deren physikalische und mechanische Eigenschaften zu verändern, ohne die Produktform zu verändern. Die gängigsten Wärmebehandlungsmethoden zum Härten sind:
● Abschrecken: Erhitzen des Metalls auf eine hohe Temperatur und anschließendes schnelles Abkühlen in Wasser, Öl oder Luft, um bestimmte Mikrostrukturen wie Martensit in Stahl einzufangen, die härter und fester sind.
● Anlassen: Das Anlassen wird häufig nach dem Abschrecken durchgeführt. Dabei wird das Material auf eine Temperatur unterhalb des kritischen Punktes erhitzt, um die Sprödigkeit zu verringern und gleichzeitig die erhöhte Härte beizubehalten.
Legieren
Beim Legieren werden einem Grundmetall andere Elemente hinzugefügt, um dessen Eigenschaften zu verbessern. So entsteht beispielsweise durch die Zugabe von Kohlenstoff zu Eisen Stahl, der deutlich stärker gehärtet werden kann als reines Eisen. Auch andere Legierungselemente wie Chrom, Nickel und Molybdän können die Härtbarkeit verbessern. Der Hauptunterschied zwischen Legieren und Wärmebehandlung besteht darin, dass beim Legieren die Zusammensetzung des Materials dauerhaft verändert wird, während bei der Wärmebehandlung die Mikrostruktur reversibel verändert wird.
Einsatzhärten
Einsatzhärten ist ein Verfahren, bei dem die Oberfläche von Metall gehärtet wird, während das darunterliegende Metall weich bleibt. Dadurch entsteht eine dünne Schicht aus härterem Metall an der Oberfläche, die sogenannte „Ummantelung“. Zu den Techniken gehören:
● Aufkohlen: Hinzufügen von Kohlenstoff zur Oberflächenschicht von kohlenstoffarmem Stahl bei hohen Temperaturen.
● Nitrieren: Einbringen von Stickstoff in die Stahloberfläche, um eine harte Nitridschicht zu bilden.

Einsatzhärtende Metalle
Bildquelle: Double Stone Steel
Methoden zur Veränderung der Oberflächenglätte
Kugelstrahlen
Perlenstrahlen ist eine Oberflächenveredelungstechnik, die die Glätte von 3D-gedruckten Metallteilen verbessert. Dabei wird ein Strahl aus abrasiven Perlen unter hohem Druck auf die Oberfläche eines Teils geschleudert. Dieser Prozess verbessert nicht nur die Ästhetik des Teils, sondern trägt auch zu seiner Funktionalität bei.
Beim Kugelstrahlen kommen verschiedene Perlenmaterialien zum Einsatz, beispielsweise Glas, Keramik oder Kunststoff. Die Wahl des Materials hängt von der gewünschten Oberfläche und dem Material des zu strahlenden Teils ab.
Vorteile des Kugelstrahlens
● Verbesserte Oberflächenbeschaffenheit: Durch das Kugelstrahlen werden die Schichtlinien und Unvollkommenheiten geglättet, was zu einer gleichmäßigen, matten Oberfläche führt.
● Verbesserte Farbhaftung: Durch den Prozess entsteht eine Oberfläche, auf der Farbe oder Beschichtung besser haften.
● Entgraten: Es entfernt effektiv Grate und scharfe Kanten, was für die Sicherheit und Funktionalität der Teile entscheidend ist.
● Reinigung: Durch das Kugelstrahlen wird die Oberfläche von Verunreinigungen befreit, was für Teile in empfindlichen Anwendungen unerlässlich ist.

Bildquelle: AT Machining
Taumeln
Das Trommeln, auch als Gleitschleifen bekannt, ist eine Nachbearbeitungstechnik, mit der die Oberflächenbeschaffenheit von 3D-gedruckten Metallteilen effizient verbessert wird. Dieses Verfahren ist unerlässlich für Anwendungen, die eine hochwertige Oberfläche mit reduzierter Rauheit und verbesserter Ästhetik erfordern.
Beim Trommeln werden 3D-gedruckte Teile zusammen mit Schleifmitteln wie Keramikpellets, Stahlstiften oder natürlichen Schleifmitteln wie Walnussschalen in eine Trommel oder einen Behälter gegeben. Die Trommel wird dann gedreht, wodurch das Schleifmittel an den Teilen vorbeigleitet und deren Oberflächen effektiv glättet und poliert.
Vorteile des Tumblings
● Gleichmäßiges Finish: Durch das Trommeln wird ein gleichmäßiges Finish über das gesamte Teil erzielt, einschließlich schwer erreichbarer Bereiche.
● Vielseitigkeit: Durch die Verwendung unterschiedlicher Medientypen können unterschiedliche Oberflächen erzielt werden, von matt bis hochglänzend.
● Entgraten: Es entfernt effektiv Grate und rundet scharfe Kanten ab, was für die Sicherheit und Montage entscheidend ist.
● Effizienz: Durch das Trommeln können viele Teile gleichzeitig verarbeitet werden, was es zu einer zeitsparenden Option für die Stapelverarbeitung macht.

Bildquelle: INOVATEC MACHINERY
Bürsten
Bürsten ist eine kostengünstige und unkomplizierte Methode zum Entgraten. Dabei wird eine Bürste mit Drahtborsten verwendet, um Oberflächenunregelmäßigkeiten zu entfernen und die Gesamtstruktur des Teils zu verbessern.
Vorteile des Bürstens
● Zugänglichkeit: Durch Bürsten können Vertiefungen und komplizierte Geometrien erreicht werden, die bei anderen Endbearbeitungsmethoden möglicherweise übersehen werden.
● Flexibilität: Durch den Einsatz unterschiedlicher Bürstenmaterialien und Härtegrade lassen sich unterschiedliche Ergebnisse erzielen, von der leichten Reinigung bis hin zum aggressiven Materialabtrag.
● Entgraten: Es ist besonders effektiv beim Entgraten und stellt sicher, dass die Teile sicher gehandhabt werden können und für den vorgesehenen Zweck geeignet sind.
● Oberflächenvorbereitung: Durch Bürsten kann die Oberfläche für nachfolgende Endbearbeitungsprozesse wie Lackieren oder Beschichten vorbereitet werden.

Bildquelle: RAPID DIRECT
Methoden zur Änderung der Oberflächenfarbe bei gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
Sprühlackierung
Beim Sprühlackieren wird eine Schicht Farbe in Form eines feinen Nebels aufgetragen, wodurch jedes Mal ein gleichmäßiges und glattes Ergebnis erzielt wird.
Vorteile der Sprühlackierung
● Ästhetische Verbesserung: Durch Sprühlackieren kann die optische Attraktivität eines Teils dank einer großen Auswahl an Farboptionen deutlich verbessert werden.
● Oberflächenschutz: Die Lackschicht bietet zusätzlichen Schutz vor Korrosion, Verschleiß und Umwelteinflüssen.
● Verbesserte mechanische Eigenschaften: Bestimmte Arten von Farbe können die strukturelle Integrität des Teils verbessern und es haltbarer machen.

Spritzlackieren von Edelstahlteilen SS316L bei 3DSPRO
Wärmedämmschicht
Wärmedämmschichten (TBCs) sind moderne Materialsysteme, die üblicherweise auf metallische Oberflächen aufgebracht werden, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie beispielsweise auf Gasturbinen- oder Flugzeugtriebwerksteilen. Diese Schichten isolieren Bauteile vor großen und lang anhaltenden Hitzebelastungen, indem sie eine Schicht thermischen Widerstands bilden.
Vorteile von Wärmedämmschichten
● Temperatursenkung: TBCs können die Oberflächentemperatur des beschichteten Teils um Hunderte von Grad senken und so die Lebensdauer des Teils verlängern.
● Verbesserte Effizienz: TBCs können die Effizienz von Motoren und Turbinen verbessern, indem sie den Betrieb von Teilen bei höheren Temperaturen ermöglichen, ohne ihre Integrität zu beeinträchtigen.
● Verbesserte mechanische Eigenschaften: TBCs bieten eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit und können dazu beitragen, Oxidation und Korrosion des darunter liegenden Metalls zu verhindern.
● Farbänderung: Die Hauptfunktion von TBCs besteht zwar im Wärmeschutz, sie können aber auch zur Farbänderung der Teileoberfläche eingesetzt werden. Die in TBCs verwendeten Keramikmaterialien können pigmentiert werden, um eine Reihe von Farben zu erzielen, was für die Codierung von Teilen oder die Verbesserung ihres ästhetischen Erscheinungsbilds von Vorteil sein kann.

Bildquelle: Metallisierung
Plasmaspritzbeschichtung
Plasmaspritzbeschichtung ist ein Oberflächenbehandlungsverfahren, bei dem 3D-gedruckte Metallteile mit einer Schutzschicht versehen werden, die sowohl deren Ästhetik als auch ihre mechanischen Eigenschaften verbessert. Dabei wird pulverförmiges Beschichtungsmaterial mit einem Plasmabrenner geschmolzen und anschließend auf die Oberfläche des Teils gesprüht.
Vorteile der Plasmaspritzbeschichtung
● Verbesserte Haltbarkeit: Die Beschichtung bietet hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und verlängert so die Lebensdauer des Teils.
● Verbesserte Leistung: Beschichtungen können so konstruiert werden, dass sie die thermischen und elektrischen Eigenschaften verbessern und sich so für Hochleistungsanwendungen eignen.
● Ästhetische Vielseitigkeit: Durch unterschiedliche Beschichtungsmaterialien kann eine große Farbpalette erzielt werden, sodass das Erscheinungsbild des Teils individuell angepasst werden kann.

Bildquelle: Science Learning Hub
Galvanisieren
Beim Galvanisieren wird mithilfe von elektrischem Strom eine dünne, sorgfältig kontrollierte Metallschicht auf die Oberfläche eines Teils aufgetragen.
Vorteile der Galvanisierung
● Verbesserte Verschleißfestigkeit: Die Metallbeschichtung, ein wesentliches Ergebnis der Galvanisierung, kann die Abrieb- und Verschleißfestigkeit des Teils erheblich erhöhen und so seine Lebensdauer verlängern und die Wartungskosten senken.
● Verbesserter Korrosionsschutz: Galvanisieren kann Oxidation und Korrosion verhindern, insbesondere bei der Verwendung von Metallen wie Nickel oder Chrom.
● Ästhetische Wirkung: Durch Galvanisieren kann eine glänzende, reflektierende Oberfläche oder, je nach verwendetem Metall, eine Vielzahl von Farben erzeugt werden.
● Erhöhte Festigkeit: Die zusätzliche Metallschicht kann zur Gesamtfestigkeit und Haltbarkeit des Teils beitragen.

Bildquelle: RAPID DIRECT
Elektrotauchlackierung
Elektrotauchlackierung, auch bekannt als E-Coating oder elektrophoretische Abscheidung, ist ein Verfahren, bei dem elektrischer Strom verwendet wird, um Farbe oder Beschichtung auf die Oberfläche eines Teils aufzutragen. Dieses Verfahren eignet sich besonders für komplexe und komplizierte 3D-gedruckte Metallteile.
Vorteile der Elektrotauchlackierung
● Gleichmäßige Abdeckung: Elektrotauchlackierung sorgt für eine gleichmäßige, konsistente Beschichtung, selbst bei Teilen mit komplexer Geometrie.
● Verbesserte Haltbarkeit: Die Beschichtung ist beständig gegen Absplittern, Korrosion und UV-Schäden, was die mechanischen Eigenschaften des Teils verbessert.
● Farbanpassung: Es ist eine große Farbpalette möglich, die eine ästhetische Anpassung der Teile ermöglicht.
● Umweltfreundlich: Elektrotauchlackierung verbraucht weniger Energie und produziert weniger Abfall als andere Beschichtungsverfahren.

Bildquelle: AEROSPACE MANUFACTURING and DESIGN
Pulverbeschichtung
Beim Pulverbeschichten wird ein trockenes Pulver auf die Oberfläche des Teils aufgetragen, das dann unter Hitze ausgehärtet wird, um eine hautähnliche Schicht zu bilden.
Vorteile der Pulverbeschichtung
● Haltbarkeit: Durch die Pulverbeschichtung entsteht eine harte Oberfläche, die widerstandsfähiger als herkömmliche Farbe ist und somit kratz-, splitter- und verschleißfest.
● Gleichmäßiges Finish: Die elektrostatische Anwendung gewährleistet eine gleichmäßige Beschichtung ohne Tropfen oder Läufer.
● Farbvielfalt: Es steht eine große Palette an Farben und Texturen zur Verfügung, die eine vollständige Anpassung des Erscheinungsbilds des Teils ermöglichen.
● Umweltsicherheit: Pulverbeschichtung ist ein umweltfreundliches Verfahren, da es keine Lösungsmittel enthält und nur minimale flüchtige organische Verbindungen (VOCs) ausstößt.

Bildquelle: POWDERWERX
Eloxieren
Eloxieren ist ein Oberflächenveredelungsverfahren, das die natürliche Oxidschicht auf Metallteilen, insbesondere Aluminium, verstärkt.
Vorteile des Eloxierens
● Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: Die eloxierte Schicht schützt das Teil vor Oxidation und Umweltschäden.
● Erhöhte Verschleißfestigkeit: Durch das Eloxieren wird die Oberfläche gehärtet und widerstandsfähiger gegen Kratzer und Verschleiß.
● Verbesserte Ästhetik: Durch Färben kann eine große Farbpalette erreicht werden, die eine individuelle Gestaltung und Markenbildung ermöglicht.
● Elektrische Isolierung: Die eloxierte Schicht kann als Isolator wirken, was für elektronische Komponenten von Vorteil ist.

Bildquelle: Monster Builder
Methoden zur Veränderung der Oberflächenrauheit
Polieren
Beim Polieren werden verschiedene Techniken verwendet, um die Oberfläche zu glätten und so die Rauheit zu verringern und die ästhetischen und funktionalen Eigenschaften des Teils zu verbessern.
Vorteile des Polierens
● Verbesserte Oberflächenqualität: Durch das Polieren wird die Oberflächenrauheit verringert, was zu einem glatteren und optisch ansprechenderen Finish führt.
● Verbesserte mechanische Eigenschaften: Eine polierte Oberfläche kann die Ermüdungsbeständigkeit durch die Beseitigung von Spannungsspitzen und Mikrorissen verbessern.
● Erhöhte Korrosionsbeständigkeit: Durch Glätten der Oberfläche kann die Wahrscheinlichkeit von Korrosionsansatzpunkten verringert werden.

Bildquelle: Markham Metals
Elektropolieren
Elektropolieren ist ein Verfahren zur Veredelung der Oberfläche von Metallteilen und verbessert so deren ästhetische und funktionale Eigenschaften. Es eignet sich besonders für 3D-gedruckte Metallteile, die aufgrund des schichtweisen Aufbaus Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweisen können.
Vorteile des Elektropolierens
● Superglätte: Durch Elektropolieren kann die Oberflächenrauheit erheblich reduziert werden, wodurch eine höhere Glätte erreicht wird als bei vielen mechanischen Endbearbeitungsmethoden.
● Komplexe Geometrien: Mit dem Verfahren können Teile mit komplexen oder unregelmäßigen Formen poliert werden, wobei Bereiche erreicht werden, die mit anderen Endbearbeitungsmethoden nicht erreichbar sind.
● Korrosionsbeständigkeit: Eine glattere Oberfläche bedeutet weniger Angriffspunkte für korrosive Elemente, was die Lebensdauer des Teils potenziell verlängert.
● Gleichmäßiges Finish: Elektropolieren führt im Allgemeinen zu einem gleichmäßigeren Finish auf der gesamten Teileoberfläche, ohne Spuren oder Muster zu hinterlassen.

Bildquelle: Cougartron
Methoden zur Montage großer 3D-gedruckter Metalle
Kaltschweißen
Kaltschweißen, auch Kontaktschweißen genannt, ist ein Festkörperschweißverfahren, bei dem zwei oder mehr Metallteile ohne Wärmezufuhr verbunden werden. Diese Technik eignet sich besonders für die Montage großer 3D-gedruckter Metallteile, bei denen herkömmliche Schweißmethoden eine Herausforderung darstellen können.
Vorteile des Kaltschweißens
● Keine Wärmeeinflusszone (WEZ): Da keine Wärme angewendet wird, besteht keine Gefahr, dass sich die mechanischen Eigenschaften der Teile durch thermische Effekte verändern.
● Materialkompatibilität: Kaltschweißen kann zum Verbinden unterschiedlicher Metalle verwendet werden, die mit anderen Schweißtechniken 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, was es zu einem sauberen und umweltfreundlichen Verfahren macht.

Bildquelle: Fractory
Diffusionsschweißen
Diffusionsschweißen ist ein Festkörperverbindungsprozess, der eine Verbindung zwischen zwei Oberflächen auf atomarer Ebene herstellt.
Vorteile des Diffusionsschweißens
● Festigkeit: Die durch Diffusionsschweißen erzeugte Verbindung ist normalerweise so fest wie das Grundmaterial und bietet eine ausgezeichnete strukturelle Integrität.
● Präzision: Diese Methode ermöglicht das Verbinden komplexer und komplizierter Formen mit hoher Maßgenauigkeit.
● Materialvielfalt: Diffusionsschweißen kann mit einer großen Bandbreite an Metallen und Legierungen verwendet werden, einschließlich solcher, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu schweißen sind.
● Sauberkeit: Der Prozess führt keine Verunreinigungen oder zusätzlichen Materialien wie Füllmetalle ein, wodurch die Reinheit der Baugruppe gewährleistet wird.

Bildquelle: FOTOFAB
3DSPRO SLM 3D-Druckdienste
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