Neueste Trends im 3D-Metalldruck
Auf der Formnext in Frankfurt im November 2025 wurde die Ausstellungsfläche deutlich vergrößert, was das rasante Wachstum der additiven Fertigungstechnologien widerspiegelt. Besondere Aufmerksamkeit erregte der großformatige Kunststoff-3D-Druck mit Systemen, die mehrere Meter lange Bauteile herstellen können. Diese Maschinen sind mit massiven Materialauftragsköpfen ausgestattet, die die Effizienz der Verarbeitungszeit verbessern sollen.
Neben Kunststoffen war auch der 3D-Metalldruck stark vertreten. Mehrere weltweit führende Hersteller von strahlenbasierten Metall-AM-Systemen stellten ihre neuesten Maschinenkonfigurationen vor. Da die Größe der Bearbeitungskammern immer weiter zunimmt, erreichen komplette Maschineninstallationen mittlerweile die Größe eines Ateliers oder sogar eines zweistöckigen Raums. Um die Produktivität zu steigern, verwenden viele Systeme mehrere Strahlquellen – in der Regel vier bis acht synchronisierte Strahlen. Hersteller von strahlenbasierten AM-Systemen konzentrieren sich auch auf sehr große Bauteile, die nicht in eine Kammer passen, wie beispielsweise Teile von Triebwerksverkleidungen mit Durchmessern von mehreren Metern.
Präzise Fertigung kleiner Metallteile mit AM-Technologie
Für kleinere und hochpräzise Metallkomponenten entwickelt sich die additive Fertigung auf Sinterbasis zu einer vielversprechenden Lösung. Im Gegensatz zur strahlbasierten AM kann die Schichtdicke proportional zur Metallpulverpartikelgröße reduziert werden, was die Herstellung feinerer Designs mit hoher Maßgenauigkeit ermöglicht. Darüber hinaus hat sich die Verfügbarkeit von feinen kugelförmigen Metallpulvern dank intensiver Investitionen der Metallpulverhersteller in Gaszerstäubungsanlagen deutlich verbessert.
Sinterbasierte AM-Technologie
Die sinterbasierte additive Fertigung produziert während des Druckvorgangs unbeschichtete Teile und lässt sich grob in drei Verfahrenstypen einteilen: Pulverbettverfahren, Schmelzverfahren und Photopolymerisation im Behälter.
Pulverbettsysteme lassen sich weiter in zwei Typen unterteilen, je nachdem, ob das Metallpulver vorbeschichtet ist oder nicht. Als Beschichtungsmaterialien werden häufig lichtempfindliche und thermisch aushärtende Polymere verwendet. Der Druck erfolgt je nach Beschichtungsmaterial mit optischem Licht oder Lasern mit geringer Leistung. Im Gegensatz dazu werden unbeschichtete Metallpulver in Binder-Jetting-Verfahren verwendet, bei denen das Bindemittel entsprechend dem Querschnittsdesign präzise aufgetragen wird. Bei diesem Verfahren wird zwar ebenfalls reines Metallpulver verwendet, ähnlich wie bei der strahlbasierten AM, jedoch können viel feinere Pulver eingesetzt werden. Darüber hinaus weisen Binder-Jetting-Rohlinge den geringsten Bindemittelanteil unter den sinterbasierten AM-Verfahren auf, was deutlich kürzere Entbindungszeiten ermöglicht.
Beim Schmelzschichtverfahren (Fused Deposition Modeling) oder der Schmelzfilamentfertigung (Fused Filament Fabrication) wird das Ausgangsmaterial nur an die erforderlichen Stellen des Bauteils zugeführt, was dieses Verfahren aus Sicht der Materialausnutzung zu einem der wirtschaftlichsten AM-Verfahren macht. Das Ausgangsmaterial in Drahtform besteht aus Metallpulver und einem thermoplastischen Bindemittel. Im Gegensatz zu den Ausgangsmaterialpellets beim Metallpulverspritzguss (MIM) muss das Filament ausreichend flexibel sein, um aufgewickelt werden zu können, und gleichzeitig eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um freitragende oder überspannende Strukturen zu tragen. Die maximale freitragende Hängelänge bei gleichzeitiger Parallelität zur Bauplattform ist ein wichtiger Indikator für die Bewertung der Filamentfertigungstechnologie. Allerdings ist der Abstand zwischen den geschmolzenen Linien und Schichten tendenziell groß.
Die Photopolymerisation im Tank ähnelt dem Pulverbettverfahren, da jede Druckschicht gleichmäßig über den Bauraum verteilt werden muss. Das Ausgangsmaterial besteht aus Metallpulver und einem lichtempfindlichen Bindemittel, was zu einer relativ hohen Viskosität führt und sich mit einer Klinge gleichmäßig über die Bauplattform verteilt. Die Schichtdicke kann je nach Größe der Metallpulverpartikel angepasst werden, wobei feinere Pulver dünnere Schichten ermöglichen. Ein wesentlicher Vorteil des Vat-Verfahrens besteht darin, dass aufgrund der inhärenten Viskosität des Ausgangsmaterials keine Stützstrukturen erforderlich sind. Darüber hinaus kann die Spotgröße der Polymerisation im Bereich von einem einzigen Mikrometer liegen, sodass ein hochpräziser Druck ohne minimale Nachbearbeitung möglich ist. Wichtig ist auch, dass der Abstand zwischen den Druckschichten bei der sinterbasierten additiven Fertigung minimal ist, sodass dichte Sinterteile, die denen der MIM-Technologie entsprechen, ohne Weiteres verfügbar sind.
Unsere μ-MIM-Technologie schlägt eine Brücke zwischen AM und MIM.
Wir haben ein Vat-Photopolymerisationssystem von Incus für Prototyping-Anwendungen eingesetzt, da es sich durch hohe Präzision und hohe Dichte auszeichnet. Wichtig ist, dass wir bei diesem Verfahren genau dieselben Metallpulver verwenden können wie bei unserer MIM-Serienfertigung. Wenn Sie daran interessiert sind, hochpräzise Metallteile vom Prototyping in die Serienfertigung zu überführen, können Sie sich gerne an uns wenden.
Kommende Ausstellungen
MD&M West 2026 3.–5. Februar | Anaheim | Stand Nr. 3499
Medtec Japan 2026 21.–23. April | Tokio | Halle E7 – Stand Nr. 309/409
Download der PDF-Datei
Fazit
Risse, Absacken oder Blasenbildung werden häufig als Folge des Aufquellens des Bindemittels und/oder der unterschiedlichen Eigenspannungen zwischen der Oberfläche und dem Inneren beobachtet. Diese Probleme lassen sich durch die Auswahl geeigneter organischer Lösungsmittel und durch Temperaturkontrolle vermeiden.
Das katalytische Entbindern nutzt die Sublimation des Bindemittels, wodurch es möglich ist, das Bindemittel in relativ kurzer Zeit zu zersetzen und die Verformung zu minimieren. Bei einer stark sauren Atmosphäre ist die Auswahl an Metallwerkstoffen jedoch begrenzt.
Beim Sinterprozess setzt die Halsbildung („Necking“), d. h. die Ausbildung von Brückenbindungen zwischen Metallpulverkörnern durch thermische Diffusion, bei Erreichen der Sintertemperatur ein. Sobald dieses Necking einsetzt, wird eine Schrumpfung beobachtet, die die Dichte erhöht. Bevor das Necking einsetzt, sollten daher alle organischen Bestandteile zersetzt und das Gas zwischen den Pulverkörnern entfernt werden. Im Sinterprozess führen unerwünschte chemische Reaktionen wie Oxidation oder Karbonisierung zum Verlust mechanischer Eigenschaften, weshalb zu Beginn des Prozesses eine präzise Atmosphärensteuerung mit niedriger Heizrate erforderlich ist. Wenn die Sintertemperatur erreicht ist, können außerdem einige pflanzenbasierte Bindemittel verdampfen.