Die additive Fertigung, oft auch als 3D-Druck bezeichnet, hat die Fertigungsindustrie revolutioniert, da sie die Herstellung komplexer, individuell gestalteter Komponenten ermöglicht. Zu den verschiedenen additiven Fertigungstechniken gehören, Binder Jetting Additive Fertigung (BJAM) zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit und Kosteneffizienz aus. Dieser Artikel taucht tief in die Welt des Binder Jetting ein, bietet einen umfassenden Überblick, untersucht spezifische Metallpulvermodelle und erörtert die Anwendungen, Vorteile und Grenzen dieser Technologie. Egal, ob Sie ein erfahrener Fachmann oder ein Neuling in diesem Konzept sind, dieser Leitfaden führt Sie durch die Besonderheiten des Binder Jetting und stellt sicher, dass Sie alle Informationen haben, die Sie benötigen.
Überblick über die additive Fertigung mit Binder Jetting
Binder Jetting ist eine einzigartige additive Fertigungstechnik, bei der pulverförmige Materialien mit einem flüssigen Bindemittel kombiniert werden. Im Gegensatz zu anderen 3D-Druckverfahren, bei denen die Materialien durch Hitze verschmolzen werden, beruht das Binder Jetting auf diesem Bindemittel, um die gewünschten Formen zu erzeugen. Das Verfahren wird in der Regel schichtweise durchgeführt, wobei das Bindemittel die Metall- oder Keramikpartikel selektiv miteinander "verklebt" und so ein festes Objekt bildet.
Die Fähigkeit des Binder Jetting, mit verschiedenen Materialien, von Metallen über Keramik bis hin zu Sand, zu arbeiten, macht es zu einer vielseitigen Wahl. Außerdem wird durch die fehlende Wärmezufuhr das Risiko einer thermischen Verformung verringert, was es ideal für komplexe Geometrien und empfindliche Strukturen macht.
Zusammensetzung von Binder Jetting Additive Manufacturing
Beim Binder Jetting wird eine Kombination aus pulverförmigen Materialien und einem flüssigen Bindemittel verwendet. Die beim Binder Jetting verwendeten Pulvermaterialien sind entscheidend für die Eigenschaften des Endprodukts. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung spezifischer Metallpulvermodelle, die beim Binder Jetting verwendet werden.
Spezifische Metallpulvermodelle im Binder Jetting
| Metallpulver-Modell | Zusammensetzung | Eigenschaften | Merkmale | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Inconel 625 | Nickel-Chrom | Hohe Festigkeit, ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit | Korrosionsbeständig, gut schweißbar | Luft- und Raumfahrt, Marine, chemische Verarbeitung |
| 316L-Edelstahl | Eisen-Chrom-Nickel | Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, gute Festigkeit | Duktil, biokompatibel | Medizinische Implantate, Automobilindustrie, Lebensmittelverarbeitung |
| 17-4 PH Edelstahl | Eisen-Chrom-Nickel-Kupfer | Hohe Festigkeit, Härte | Ausscheidungsgehärtet, korrosionsbeständig | Luft- und Raumfahrt, Nuklearindustrie, chemische Industrie |
| Kobalt-Chrom | Kobalt-Chrom | Hohe Verschleißfestigkeit, biokompatibel | Dicht, stark | Zahnimplantate, Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte |
| Kupfer (Cu) | Reines Kupfer | Ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit | Verformbar, duktil | Elektrische Komponenten, Wärmetauscher |
| Titan (Ti-6Al-4V) | Titan-Aluminium-Vanadium | Hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, korrosionsbeständig | Biokompatibel, stark | Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, Sportgeräte |
| Aluminium (AlSi10Mg) | Aluminium-Silizium-Magnesium | Geringes Gewicht, gute Festigkeit | Hohe Wärmeleitfähigkeit, dehnbar | Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Unterhaltungselektronik |
| Bronze | Kupfer-Zinn | Hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Bearbeitbarkeit | Dicht, stark | Kunstvolle Skulpturen, Lager, Buchsen |
| Werkzeugstahl (H13) | Chrom-Molybdän | Hohe Härte, Verschleißfestigkeit | Hitzebeständig, zäh | Werkzeuge, Gussformen, Matrizen |
| Nickellegierung 718 | Nickel-Chrom-Eisen | Ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit | Aushärtbar, stark | Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung, Öl und Gas |
Merkmale von Binder Jetting Additive Fertigung
Die Merkmale des Binder Jetting Additive Manufacturing unterscheiden es von anderen additiven Fertigungsverfahren. Hier eine Übersicht über die wichtigsten Merkmale:
Material Vielseitigkeit
Binder Jetting funktioniert mit einer breiten Palette von Materialien, darunter Metalle, Keramik und sogar Sand. Diese Vielseitigkeit ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Zahnmedizin.
Oberflächengüte
Eines der bemerkenswerten Merkmale des Binder Jetting ist die Fähigkeit, eine feine Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Die schichtweise Abscheidung und die feinen Pulverpartikel tragen zu glatten Oberflächen bei und verringern die Notwendigkeit einer umfangreichen Nachbearbeitung.
Produktionsgeschwindigkeit
Binder Jetting ist für seine relativ hohe Produktionsgeschwindigkeit bekannt. Da das Verfahren keine nennenswerte thermische Energie erfordert, können große Mengen an Teilen schnell gedruckt werden, wodurch es sich sowohl für die Prototypenherstellung als auch für die Produktion eignet.
Keine thermische Belastung
Im Gegensatz zu anderen Verfahren wie dem Selektiven Lasersintern (SLS) oder dem Direkten Metall-Lasersintern (DMLS) sind beim Binder Jetting keine hohen Temperaturen erforderlich. Dadurch werden thermische Spannungen vermieden, was das Risiko von Verformungen oder Verzerrungen des Endprodukts verringert.
Flexibilität bei der Gestaltung
Mit dem Binder-Jetting-Verfahren lassen sich komplexe Geometrien und komplizierte Designs leicht realisieren. Diese Methode ermöglicht die Herstellung von inneren Hohlräumen, Gitterstrukturen und anderen Merkmalen, die bei der herkömmlichen Fertigung nur schwer zu realisieren wären.
Anwendungen des Binder Jetting Additive Manufacturing
Die additive Fertigung mit Binder Jetting findet aufgrund ihrer Vielseitigkeit und ihrer Fähigkeit zur Herstellung komplexer Teile in verschiedenen Branchen Anwendung. Im Folgenden werden einige wichtige Anwendungen vorgestellt:
| Anmeldung | Beschreibung | Branchen |
|---|---|---|
| Prototyping | Schnelles Prototyping von Teilen mit komplexen Geometrien zur Prüfung und Validierung | Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Konsumgüter |
| Werkzeuge und Gussformen | Herstellung von dauerhaften Werkzeugen und Formen, die in verschiedenen Herstellungsverfahren verwendet werden | Spritzgießen, Druckguss |
| Medizinische Geräte | Herstellung von maßgefertigten Implantaten, chirurgischen Werkzeugen und zahnmedizinischen Vorrichtungen | Medizinisch, zahnmedizinisch |
| Komponenten für die Luft- und Raumfahrt | Herstellung von leichten, komplexen Teilen mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit | Luft- und Raumfahrt, Verteidigung |
| Automobilteile | Herstellung kundenspezifischer und komplexer Teile für Automobilanwendungen, wie z. B. Motorkomponenten | Automobilindustrie |
| Künstlerische und dekorative Gegenstände | Herstellung von detaillierten Skulpturen, Schmuck und dekorativen Gegenständen mit verschiedenen Metallpulvern | Kunst, Mode, Wohnkultur |
| Wärmetauscher | Herstellung komplexer Wärmetauscherkonstruktionen mit Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit | HVAC, industrielle Ausrüstung |
| Elektrische Komponenten | Herstellung von Bauteilen mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Steckverbinder und Stromschienen | Elektronik, Elektrotechnik |
| Gießen von Mustern | Herstellung von Sandformen und Kernen für Metallgussverfahren | Gießerei, Metallguss |
| Forschung und Entwicklung | Kundenspezifische Materialien und Designtests für neue Produkte und Innovationen | F&E, akademische Einrichtungen |
Spezifikationen, Größen, Güteklassen und Normen für die Binderstrahltechnik
Um sicherzustellen, dass die Teile den Anforderungen der Industrie entsprechen, ist es wichtig, die Spezifikationen, Größen, Qualitäten und Normen im Zusammenhang mit dem Binderstrahlen zu kennen. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Tabelle, die diese Aspekte beschreibt:
| Material | Klasse/Standard | Typische Größen | Spezifikationen |
|---|---|---|---|
| Inconel 625 | AMS 5666, ASTM B443 | Größe des Pulvers: 15-45 µm | Dichte: 8,44 g/cm³, Schmelzpunkt: 1290-1350°C |
| 316L-Edelstahl | ASTM F138, ISO 5832-1 | Pudergröße: 15-53 µm | Dichte: 7,99 g/cm³, Schmelzpunkt: 1371°C |
| 17-4 PH Edelstahl | AMS 5643, ASTM A564 | Größe des Pulvers: 10-45 µm | Dichte: 7,80 g/cm³, Härte: HRC 40-47 |
| Kobalt-Chrom | ASTM F75, ISO 5832-4 | Größe des Pulvers: 10-30 µm | Dichte: 8,30 g/cm³, Schmelzpunkt: 1330-1390°C |
| Kupfer (Cu) | ASTM B124, AMS 4501 | Pudergröße: 15-60 µm | Dichte: 8,96 g/cm³, Schmelzpunkt: 1083°C |
| Titan (Ti-6Al-4V) | ASTM F1472, AMS 4911 | Größe des Pulvers: 15-45 µm | Dichte: 4,43 g/cm³, Schmelzpunkt: 1600-1660°C |
| Aluminium (AlSi10Mg) | ISO 3522 | Pudergröße: 20-63 µm | Dichte: 2,68 g/cm³, Schmelzpunkt: 577-660°C |
| Bronze | ASTM B584, SAE J463 | Größe des Pulvers: 20-80 µm | Dichte: 8,7-8,9 g/cm³, Schmelzpunkt: 950-1050°C |
| Werkzeugstahl (H13) | ASTM A681 | Größe des Pulvers: 10-50 µm | Dichte: 7,80 g/cm³, Härte: HRC 50-52 |
| Nickellegierung 718 | AMS 5662, ASTM B670 | Pudergröße: 15-53 µm | Dichte: 8,19 g/cm³, Schmelzpunkt: 1260-1336°C |
Lieferanten und Preisangaben
Bei der Beschaffung von Metallpulvern für das Binder Jetting ist es wichtig, zuverlässige Lieferanten und Preise zu berücksichtigen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über mögliche Lieferanten und ungefähre Preise für verschiedene
Metallpulvern:
| Anbieter | Material | Preisgestaltung (ca.) | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| GKN-Zusatzstoff | Inconel 625, Edelstahl 316L, Ti-6Al-4V | $100 - $300 pro kg | Hochwertige Pulver, weltweiter Anbieter |
| Hoganas AB | 17-4 PH SS, Aluminium, Bronze | $150 - $400 pro kg | Führender Hersteller von Metallpulver, kundenspezifische Formulierungen |
| Zimmerer-Zusatzstoff | Kobalt-Chrom, Nickellegierung 718 | $200 - $500 pro kg | Hochwertige Materialien, Schwerpunkt Luft- und Raumfahrt und Medizin |
| Sandvik Additive Fertigung | Werkzeugstahl H13, Kupfer | $120 - $350 pro kg | Fortschrittliche Materialien, umfangreiche F&E-Kapazitäten |
| LPW-Technologie | Verschiedene Metallpulver | $180 - $450 pro kg | Leistungsstarke Pulver, Industriestandard |
| Arcam AB (GE Additive) | Titan-Legierungen, Inconel 718 | $250 - $600 pro kg | Spezialisiert auf Luft- und Raumfahrt und medizinische Anwendungen |
| AP&C (ein Unternehmen von GE Additive) | Aluminium, rostfreie Stähle | $200 - $500 pro kg | Kompetenz in hochwertigen sphärischen Pulvern |
| EOS GmbH | Verschiedene Metallpulver | $220 - $550 pro kg | Bekannt für Konsistenz und Qualität |
| Renishaw plc | Rostfreie Stähle, Titan | $190 - $480 pro kg | Feinmechanik und moderne Werkstoffe |
| TANIOBIS GmbH | Kobalt-Chrom, Nickellegierungen | $210 - $550 pro kg | Innovative Materiallösungen, mit Schwerpunkt auf Forschung und Entwicklung |
Vorteile und Beschränkungen von Binder Jetting Additive Fertigung
Wie jedes Herstellungsverfahren hat auch das Binder-Jetting seine Vor- und Nachteile. Diese zu verstehen, kann bei der Entscheidung helfen, ob dieses Verfahren für Ihr Projekt geeignet ist.
Vorteile
| Vorteil | Beschreibung |
|---|---|
| Materialvielfalt | Beim Binder Jetting können verschiedene Materialien verwendet werden, darunter Metalle, Keramiken und Sand, was eine hohe Flexibilität bei den Anwendungen ermöglicht. |
| Keine thermische Verzerrung | Da der Prozess ohne Hitze abläuft, sind die Teile frei von Verzug und Eigenspannungen, was zu einer höheren Genauigkeit führt. |
| Hohe Produktionsgeschwindigkeit | Binder Jetting eignet sich für die schnelle Herstellung großer Chargen und ist sowohl für die Prototypenherstellung als auch für die Produktion effizient. |
| Ausgezeichnete Oberflächengüte | Die feinen Pulverpartikel sorgen für glatte Oberflächen, wodurch sich die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung verringert. |
| Komplexe Geometrie | Ideal für die Erstellung komplizierter Designs und interner Merkmale, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden schwierig sind. |
Beschränkungen
| Begrenzung | Beschreibung |
|---|---|
| Material Porosität | Um die volle Dichte zu erreichen, müssen die Teile möglicherweise infiltriert oder gesintert werden, was zusätzliche Schritte und Kosten bedeutet. |
| Mechanische Eigenschaften | Die mechanische Festigkeit von Teilen, die mit dem Binder-Jet-Verfahren hergestellt werden, kann unter Umständen nicht mit anderen Verfahren wie DMLS oder Gießen mithalten. |
| Nachbearbeitungsanforderungen | Auch wenn die Oberflächenbeschaffenheit gut ist, kann bei einigen Anwendungen eine zusätzliche Nachbearbeitung erforderlich sein, z. B. eine Bearbeitung oder Infiltration. |
| Begrenzte Materialauswahl | Obwohl sie vielseitig sind, eignen sich nicht alle Materialien für das Binder Jetting, insbesondere Hochtemperaturlegierungen. |
| Kosten von Metallpulvern | Die Kosten für Metallpulver, insbesondere für hochwertige Anwendungen, können erheblich sein. |
FAQs
Zum Abschluss dieses umfassenden Leitfadens finden Sie hier einen Abschnitt mit häufig gestellten Fragen zu Binder Jetting.
| Frage | Antwort |
|---|---|
| Welche Materialien können beim Binder Jetting verwendet werden? | Beim Binder Jetting können verschiedene Materialien verwendet werden, darunter Metalle wie Edelstahl, Inconel, Titan, Keramik und Sand. |
| Ist Binder Jetting für die Massenproduktion geeignet? | Ja, das Binder Jetting eignet sich aufgrund seiner hohen Produktionsgeschwindigkeit für die Massenproduktion, insbesondere für komplexe Teile. |
| Was sind die wichtigsten Vorteile von Binder Jetting? | Zu den wichtigsten Vorteilen gehören die Materialvielfalt, keine thermische Verformung, hohe Produktionsgeschwindigkeit und die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erstellen. |
| Sind die Binder Jetted-Teile stark genug für den industriellen Einsatz? | Binder-Jet-Teile eignen sich zwar für viele Anwendungen, müssen aber möglicherweise nachbearbeitet werden, z. B. durch Sintern, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. |
| Wie ist das Binder Jetting im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren? | Binder Jetting ist für bestimmte Anwendungen schneller und kostengünstiger, kann aber im Vergleich zu Verfahren wie DMLS in Bezug auf die mechanische Festigkeit zu kurz kommen. |
| Welche Nachbearbeitung ist für bindergespritzte Teile erforderlich? | Je nach Material müssen die Teile gesintert, infiltriert oder bearbeitet werden, um ihre Festigkeit und Oberflächengüte zu verbessern. |
| Kann Binder Jetting für medizinische Implantate verwendet werden? | Ja, insbesondere bei biokompatiblen Werkstoffen wie Titan und Kobalt-Chrom wird das Binder Jetting zur Herstellung individueller medizinischer Implantate eingesetzt. |
| Wie geht Binder Jetting mit komplexen Geometrien um? | Binder Jetting eignet sich hervorragend für die Herstellung komplexer Geometrien, einschließlich interner Strukturen und Auskragungen, ohne dass Stützkonstruktionen erforderlich sind. |
| Wie hoch sind die typischen Kosten für Metallpulver für Binder Jetting? | Metallpulver für Binder Jetting können je nach Material und Qualität zwischen $100 und $600 pro Kilogramm liegen. |
| Wer sind die führenden Anbieter von Metallpulvern für das Binder Jetting? | Zu den führenden Anbietern gehören GKN Additive, Höganäs AB, Carpenter Additive, Sandvik Additive Manufacturing und die EOS GmbH. |
Schlussfolgerung
Binder Jetting Additive Fertigung ist eine vielseitige und effiziente Methode in der Welt des 3D-Drucks. Mit seiner Fähigkeit, eine breite Palette von Materialien zu verarbeiten und komplexe Teile mit hervorragender Oberflächengüte herzustellen, bietet dieses Verfahren ein großes Potenzial für verschiedene Branchen. Doch wie jedes Herstellungsverfahren hat auch dieses seine Grenzen, insbesondere was die Materialdichte und die mechanischen Eigenschaften betrifft. Wenn Sie das gesamte Spektrum des Binder-Jetting-Verfahrens kennen, von den verwendeten Metallpulvern bis hin zu den Anwendungen und den beteiligten Lieferanten, können Sie fundierte Entscheidungen über die Eignung des Verfahrens für Ihre Projekte treffen. Ob in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Medizin oder in der Kunst - Binder Jetting eröffnet Ihnen eine Welt voller Möglichkeiten für Innovation und Produktion.
Für diejenigen, die diese Technologie weiter erforschen möchten, sind Kontakte zu Lieferanten und die Erforschung spezifischer Materialeigenschaften wichtige Schritte, um das Potenzial des Binder Jetting voll auszuschöpfen.