Fortschritte in den Technologien des industriellen und metallischen 3D-Drucks

Fortschritte in den Technologien des industriellen und metallischen 3D-Drucks

Innovationen im Metall-3D-Druck

Der Metall-3D-Druck befindet sich in einer Phase beispielloser Innovation: sicherere, zugänglichere und leistungsfähigere Lösungen erobern den Markt. Das koreanische Unternehmen MetalPrinting hat die Gauss MT90 auf den Markt gebracht, einen kompakten Drucker, der die Extrusion von Metallpaste (PME) einsetzt. Die Technologie eliminiert die Risiken, die mit Pulvern, hohen Temperaturen und möglichen Explosionen bei herkömmlichen Laser-Schweißprozessen verbunden sind.

Die Gauss MT90 integriert einen Quick-Start-Modus, der die Prozessparameter automatisch konfiguriert und so den Druckstart in wenigen Minuten ermöglicht. Das System verfügt über einen HEPA-Filter zur Rückhaltung von Emissionen und LED-Statusanzeigen, ist kompatibel mit SUS 316L, Kupfer, Titan und Aluminium und produziert dank eines Präzisions-Dispensieralgorithmus hochauflösende Bauteile wie Kühlkörper und Elektronikbauteile mit geringerem Verbrauch im Vergleich zu leistungsstarken Lasersystemen.

Gleichzeitig hat Meshy eine Plattform entwickelt, die die komplexesten Phasen des Workflows automatisiert, von der Mesh-Reparatur bis zur vollfarbigen Produktion. Die Software passt die Geometrie an die Produktzwänge an, schlägt Materialien, Oberflächen und Druckparameter – inklusive Farben und Slicing – basierend auf Form und Verwendungszweck vor.

Entwicklungen im industriellen additiven Fertigungsbereich

Eine Gruppe der University of Texas at Austin hat die Holographic Metasurface Nano-Lithography (HMNL) vorgestellt, eine Technik, mit der Chip-Packages und elektronische Strukturen in einem einzigen Durchgang gedruckt werden können, mit einer Geschwindigkeit und Detailgenauigkeit, die mit der traditionellen Lithografie unmöglich sind. Der Prozess nutzt ultraschmale Metasurfaces, die, beleuchtet, Hologramme in ein Harz projizieren, das sich zu präzisen Mikrostrukturen verhärtet. Das von DARPA mit 14,5 Millionen Dollar finanzierte Projekt beteiligt die University of Utah, Applied Materials, Electroninks, NXP Semiconductors, Northrop Grumman, Bright Silicon Technologies und Texas Microsintering.

Forscher der Universität Nagoya haben Aluminiumlegierungen optimiert, die eine mechanische Festigkeit und Wärmetoleranz von bis zu 300 °C aufweisen, wobei kostengünstige, leicht verfügbare und recycelbare Elemente eingesetzt werden. Die neuen Zusammensetzungen sind einfacher zu drucken als herkömmliche hochfeste Legierungen, die oft zu Rissen und Verformungen neigen.

Anwendungen und industrielle Auswirkungen

Das Meshy-System ermöglicht den Übergang “vom Prompt zum Produkt” ohne CAD-Kenntnisse, indem es physische Objekte auf Basis textueller Beschreibungen generiert. Gründer Ethan Hu erklärt: «Wir haben die schwierigsten Teile des Prozesses automatisiert, von der Mesh-Reparatur bis zur vollfarbigen Produktion. Jetzt kann jeder, der einen Prompt tippen kann, ein Sammlerobjekt professionellen Niveaus in der Hand halten.».

In der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie ebnen die neuen japanischen Aluminiumlegierungen den Weg für leichte Bauteile für Kompressor- und Turbinenrotoren. Die Luft- und Raumfahrtindustrie profitiert insbesondere von Materialien, die Leichtbau mit thermischer Beständigkeit verbinden.

Die Partnerschaft zwischen CNPC Powder und Brose wandelt die Stahlschrotte der chinesischen Produktionslinien des Automobilzulieferers in Eisenpulver für die additive Fertigung um und stärkt die Nachhaltigkeit der gesamten Lieferkette.

Technische Herausforderungen und Lösungen

Forscher der Xiamen-Universität und der Berkeley haben das Problem der Stützstrukturen in duroplastischen Harzen angegangen, indem sie direkte Tintenschreibung und Laserhärtung kombinierten. Der Strahl härtet das Harz unmittelbar nach dem Austritt aus der Spritze aus, was Tauchbäder und Hilfskonstruktionen überflüssig macht und den Druck “in der Luft” ermöglicht.

Bei Aluminiumlegierungen ist die Kontrolle der Mikrostruktur entscheidend: Metastabile Phasen stärken das Metall, während Titan feine Körner und größere Duktilität fördert. Professor Naoki Takata erklärt: «Unsere Methode basiert auf etablierten wissenschaftlichen Prinzipien zum Verhalten von Elementen während der schnellen Erstarrung beim 3D-Druck und ist auf andere Metalle anwendbar.».

Markttrends und Perspektiven

Bis 2026 zeigen die Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtsektoren, dass die additive Fertigung die Prototypenphase überwunden hat und in reale und kritische Anwendungen eintritt. Die Genehmigung des National Defense Authorization Act (NDAA) in den USA erkennt die additive Fertigung formell als kritische Infrastruktur des Verteidigungsministeriums an und beeinflusst Design, Validierung, Produktion und Wartung von Komponenten für die Luftfahrt, Schiffe und LandSysteme.

Asiatische Hersteller beschränken sich nicht mehr auf den Desktop-Bereich: QBeam, Xi'an Sailong Metal und JEOL treten in den Markt für Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ein, während Farsoon, E-Plus-3D und BLT die Technologien der metallischen additiven Fertigung stärken und mit den traditionellen westlichen Playern konkurrieren.

Schlussfolgerungen

Innovationen im metallischen und industriellen 3D-Druck gestalten die Fertigungslandschaft neu. Gauss MT90 demokratisiert den Metall-Druck, HMNL revolutioniert die Halbleiterproduktion, neue Aluminiumlegierungen lösen Probleme bezüglich Festigkeit und Druckbarkeit, während stützfreie Prozesse Zeiten und Verschnittmaterial reduzieren. Initiativen der Kreislaufwirtschaft und die Anerkennung der additiven Fertigung als kritische Infrastruktur bestätigen, dass die Technologie reif ist: kein experimentelles Werkzeug mehr, sondern ein strategisches Säule der modernen Fertigung.

articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale