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Werkstoffkunde

Ist die additive Fertigung die nächste große Sache für Aluminium?

Die additive Fertigung soll die nächste Revolution in der Werkstofftechnologie sein. Ist das ein Traum oder eine Realität? Was ist additive Fertigung und wie wird sie das Design und die traditionelle Wertschöpfungskette von Aluminium beeinflussen?

Die additive Fertigung, oft als 3D-Druck bezeichnet, umfasst eine Vielzahl von Prozessen, bei denen Material unter Computersteuerung zu einem dreidimensionalen Objekt zusammengefügt oder verfestigt wird, wobei das Material Schicht für Schicht zusammengefügt wird.

Die gebräuchlichste Technik besteht darin, Pulver auf einer Oberfläche zu verteilen, das Pulver lokal durch eine Energiequelle wie einen Laser zu schmelzen, abzukühlen, damit sich die geschmolzenen Pulverkörner verfestigen, und dann das überschüssige oder nicht verwendete Pulver zu entfernen.

Wenn dieser Vorgang immer wieder wiederholt wird und das Schmelzen auf ausgewählte lokale Bereiche gesteuert wird, wird eine dreidimensionale Geometrie erstellt. Der größte Vorteil ist, dass Sie recht komplexe Geometrien konstruieren können. Die Nachteile sind Geschwindigkeit, geometrische Präzision und die Einschränkungen der Legierungen und die mechanischen Eigenschaften, die erhalten werden können.

Additive Fertigung mit Metallen schwieriger

Der 3D-Druck wurde entwickelt und wird aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts immer noch hauptsächlich mit Kunststoffen durchgeführt. Metalle sind aufgrund ihrer höheren Schmelzpunkte und damit des höheren Energiebedarfs anspruchsvoller. Der 3D-Druck für Metalle erfolgt entweder mit Pulver oder durch Schmelzen von Draht.

Heutzutage wird der meiste 3D-Druck von Metallen mit Titan und sehr harten und teuren Stahlsorten wie Inconel durchgeführt, für Prozesse, die typischerweise kleine Volumina, komplexe Geometrien und Formen beinhalten, die sonst viel Bearbeitung erfordern würden - und viel teuren Abfall, der nicht immer leicht zu recyceln ist.

Beispiele sind Titankomponenten für die Luft- und Raumfahrt oder Stahlwerkzeuge für Anwendungen, die maßgeschneiderte Geometrien erfordern. Und für Autos? Klar, es gibt einige Beispiele. Sie könnten die hohen Kosten eines innovativen Autoteils mit additiver Fertigung rechtfertigen, wenn dies die Gesamtsystemkosten senkt.

Kostenentwicklung als Schlüssel für die additive Fertigung

Wird es mehr additive Fertigung mit Aluminium geben? Dies wird von der künftigen Kostenentwicklung abhängen, wobei die Maschinenkosten der entscheidende Faktor sind. Ich sehe, dass die Maschinenkosten im Einklang mit steigenden Produktionsmengen, dem Ablauf verwandter Patente, dem Markteintritt von Akteuren aus China und neuen Technologien sinken.

Darüber hinaus werden die Maschinenkosten indirekt durch höhere Aufbauraten gesenkt. Diese können erhalten werden, indem die Anzahl der Laser in jeder Maschine erhöht, das Pulver intelligenter verteilt und die Pulverdicke optimiert und automatisiert wird.

Ja, aktuelle Technologien haben eine physikalische Einschränkung in Bezug auf die Übertragung von Energie in/aus dem Material. Aber "disruptive" Konzepte, die derzeit entwickelt werden, könnten diese Einschränkungen umgehen und radikale Erhöhungen der Bauraten ermöglichen, z. B. durch gleichzeitiges Bauen an mehreren Stellen oder durch Entkoppeln eines Bauschritts und eines Schmelzschritts.

Additive Fertigung vs. Extrusions- oder Walzprozesse

Die Herstellung von Pulver mit einheitlichen Eigenschaften ist kostspielig und birgt auch Sicherheitsrisiken wie Explosionen. Darüber hinaus erschwert der langsame und langwierige Prozess der additiven Fertigung dem 3D-Druck den Wettbewerb mit effizienteren Prozessen wie Extrusion und Walzen. Möglicherweise sind jedoch gegossene Komponenten möglich.

Zu diesem Zeitpunkt wird die additive Fertigung meines Erachtens hauptsächlich für Prototypen, Ersatzteile und Kleinserien verwendet, wenn Anpassungen erforderlich sind oder für das Hinzufügen von Funktionen zu Standardprodukten wie Bleche und Profile.

Aber wie gesagt, alles wird von der Kostenentwicklung abhängen.

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