Pulverbett - Powder Bed Fusion

Die heute bekanntesten Verfahren arbeiten mit einem Pulverbett. Hier werden Lage für Lage Pulverschichten erzeugt und das Bauteil schichtweise erschmolzen. Als Energiequelle kann dabei nur ein Laser- oder Elektronenstrahl verwendet werden.

Die Verfahren sind Powder Bed Fusion - Laser Beam (PBF-LB) und Powder Bed Fusion - Electron Beam (PBF-EB).

Beim PBF-LB Verfahren ist ein Schutzgas erforderlich, welches das erschmolzene Pulver vor atmosphärischen Einflüssen schützt.

Beim PBF-EB Verfahren sollte nach dem Druckprozess ein Gas zum Kühlen eingesetzt werden.

Informationen zum passenden Schutzgas finden Sie auf unserer Seite "Gase für den 3D-Druck von Metallen".

Schematische Darstellung "PBF-LB Verfahren":

Vorteile

Mit dem PBF-LB Verfahren können hohe Genauigkeiten erreicht und damit auch geringe Bauteiltoleranzen erfüllt werden.
Im Gegensatz zum PBF-EB ist das Verfahren langsamer. Einige Anbieter von Anlagen zum Laser-Pulverbett-Schmelzen bieten daher Anlagen mit mehreren Laserstrahlen an.

Beim PBF-EB Verfahren können nicht so hohe Genauigkeiten erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist die hohe Druckgeschwindigkeit.

Pulverspritzen - Direct Energy Deposition mit Pulver

Hier wird das Pulver direkt in die Schmelzzone gebracht.

Die Verfahren sind das Direct Energy Deposition - Laser Beam (DED-LB) mit Pulver oder auch Laser Metal Deposition mit Pulver (LMD-P) bzw. das Direct Energy Deposition - Arc (DED-Arc) mit Pulver auch Plasma-Pulver-Auftragsschweissen, welches bereits seit vielen Jahren aus dem Bereich des Beschichtens bekannt ist.

Beim DED-LB Verfahren mit Pulver wird ein Trägergases für das Pulver sowie ein Schutzgas benötigt.

Beim DED-Arc Verfahren mit Pulver wird ein Plasmagas, ein Trägergas für das Pulver und ein Schutzgas benötigt.

Informationen zum passenden Gas finden Sie auf unserer Seite "Gase für den 3D-Druck von Metallen".

Schematische Darstellung:

Vorteile

Mit den DED-Verfahren mit Pulver können wesentlich grössere Bauteile gedruckt werden. Die erreichbaren Genauigkeiten sind nicht so hoch wie bei den PBF-Verfahren, für viele Anwendungen aber ausreichend bzw. durch Nacharbeit erreichbar. Zusätzlich kann problemlos an bereits vorhandene Bauteile gedruckt werden. Dies kann aus Gründen der Reparatur oder bei kombinierten Fertigungsverfahren (konventionelle Fertigung + 3D-Druck) erfolgen.

Drahtzufuhr - Direct Energy Deposition mit Draht

Additive Fertigungsverfahren mit einer Drahtzufuhr können grundsätzlich mit allen dargestellten Energiequellen betrieben werden.

Diese Verfahren werden aufgrund der verhältnismässig geringen Kosten für das Zusatzmaterial immer häufiger eingesetzt.

Die Verfahren sind Direct Energy Deposition - Laser Beam (DED-LB) mit Draht auch Laser Metal Deposition with Wire (LMD-W),  der Sonderform Koaxiales Direct Energy Deposition - Laser Beam (DED-LB) mit Draht auch Laser Metal Deposition with Wire (LMD-W) und Direct Energy Deposition - Arc (DED-Arc) mit Draht auch Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM).

Bei allen Verfahren wird ein Schutzgas benötigt.

Informationen zum passenden Gas finden Sie auf unserer Seite "Gase für den 3D-Druck von Metallen".

Schematische Darstellung:

Vorteile

Drähte sind in der Regel kostengünstiger. Zudem gibt es viel mehr Drahtwerkstoffe als Pulverwerkstoff, wodurch wesentlich mehr unterschiedliche Werkstoffe zum Druck verwendet werden können. Nachteile sind im Bereich der Genauigkeit und der Richtungsabhängigkeit zu finden.

Die Lichtbogenbasierte additive Fertigung ist die preisgünstigste Methode, ein metallisches Bauteil zu drucken. Bei dem Verfahren können hohe Abschmelzraten erreicht werden. Es können grosse Bauteile gedruckt werden können.
Nachteilig ist die verhältnismässig hohe Ungenauigkeit, wodurch ein Aufmass der Druckkontur erforderlich ist. Häufig erfolgt eine spanende Nacharbeit, mit der die erforderliche Genauigkeit und Oberflächengüte erreicht wird.

Binder

Metallische Pulver werden mit einem Binder (häufig Polymer) vermischt. Aus diesem Binder wird ein Bauteil Lage für Lage gedruckt.

Nach dem Druck wird zuerst der Binder ausgeheizt. Im folgenden Schritt wird das Bauteil bei hoher Temperatur gesintert.

Durch das Entbindern und Sintern schrumpft das Bauteil. Diese Schrumpfung muss beim Druckprozess berücksichtigt werden.