Was ist die additive Fertigung mit Metallen? Written by: BigRep Updated on: April 10, 2025 Estimated reading time: 11 minute(s) Die additive Fertigung (AF) mit Metallen verändert die Produktion über alle Branchen hinweg. Durch den Schicht-für-Schicht-Aufbau von Bauteilen lösen sich Hersteller von den Einschränkungen der traditionellen Fertigungsmethoden und können so leichtere, stärkere und komplexere Teile als je zuvor herstellen. Die Technologie ist über das Prototyping hinaus gereift. Luft- und Raumfahrtingenieure drucken heute komplexe Triebwerkskomponenten, Hersteller medizinischer Geräte produzieren maßgeschneiderte Implantate und Teams aus dem Automobilbereich erstellen optimierte Teile, die die Montagezeit halbieren. Dieser Wandel markiert eine grundlegende Veränderung in den Fertigungsansätzen. Warum sprechen wir bei BigRep, einem führenden Anbieter von großformatigem 3D-Kunststoffdruck, über Metall-AM? Während die additive Fertigung mit Kunststoffen entscheidende Vorteile wie geringere Kosten, schnelleres Prototyping, Teile mit hervorragendem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und eine breite Palette an Materialoptionen bietet, ist Metall-AM für bestimmte Hochleistungsanwendungen möglicherweise besser geeignet. Beide Technologien spielen eine wichtige Rolle in der sich entwickelnden Welt der Fertigung, und wenn man versteht, wo die jeweiligen Vorteile liegen, können Hersteller eine klügere Entscheidung treffen. In diesem Artikel gehen wir der Frage nach, wo die additive Fertigung von Metallen Ergebnisse liefert, in welchen Branchen sie erfolgreich ist und wie Sie ihr Potenzial für Ihre Anwendungen einschätzen können. Wie funktioniert die additive Fertigung mit Metallen? Bei der additiven Metallfertigung, auch Metall-3D-Druck genannt, werden Teile Schicht für Schicht mithilfe fortschrittlicher computergesteuerter Prozesse aufgebaut. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, bei denen Metall aus einem massiven Block geschnitten oder geformt wird, scheidet die AF mit Metallen feine Metallpulver ab oder verschmilzt sie, um hochkomplexe und langlebige Komponenten mit minimalem Materialabfall zu schaffen. Als Teilbereich der additiven Fertigung (hier erfahren Sie mehr über die additive Fertigung) folgt die AF mit Metall den gleichen Prinzipien, konzentriert sich jedoch ausschließlich auf metallbasierte Materialien für hochfeste Präzisionsanwendungen. Der Prozess beginnt mit einem digitalen 3D-Modell, das in dünne Schichten geschnitten wird. Abhängig von der verwendeten Technologie, verschmilzt ein Hochleistungslaser, ein Elektronenstrahl oder ein Bindemittelmaterial Metallpartikel selektiv miteinander und bildet so die endgültige Struktur. Technologien bei der additiven Fertigung mit Metallen Die unterschiedlichen Verfahren der additiven Metallfertigung eignen sich für unterschiedliche Produktionsanforderungen. Technologie Geeignet für Gängige Materialien 1. Powder Bed Fusion (PBF)Hochpräzise Teile in der Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und AutomobilindustrieTitan, Aluminium, Edelstahl, Nickellegierung, Kobalt-Chrom2. Directed Energy Deposition (DED)Reparieren und Hinzufügen von Material zu vorhandenen Teilen; Herstellung großer, endkonturnaher BauteileNickellegierung, Edelstahl, Titan3. Binder JettingGroßserienfertigung komplexer MetallteileEdelstahl, Bronze, Nickellegierung4. Metal Extrusion (Bound Metal Deposition)Kostengünstige Produktion von Metallteilen und Rapid PrototypingEdelstahl, Kupfer5. Cold Spray (CS)Reparieren und Beschichten bestehender Metallteile; Herstellung hochfester, korrosionsbeständiger OberflächenAluminium, Kupfer, Titan6. Sheet Lamination (Ultrasonic Additive Manufacturing – UAM)Einbetten von Elektronik oder Sensoren in Metallkomponenten; Schaffung hybrider MultimaterialstrukturenAluminium, Titan, Kupfer7. Laser Metal Deposition (LMD)Reparaturen in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie Industrie; Oberflächenveredelungen wie verschleißfeste BeschichtungenNickellegierung, Stahl, Titan 1. Powder Bed Fusion (PBF) Hochleistungslaser oder Elektronenstrahlen scannen über ein Bett aus Metallpulver und schmelzen jede Schicht in einer kontrollierten Kammer. Produktionsteams wählen diese Methode, wenn Teilequalität und Präzision entscheidend sind. Ingenieure in Medizingerätefirmen sowie bei Luft- und Raumfahrtherstellern verlassen sich bei der Kleinserienfertigung komplexer Komponenten auf PBF. 2. Directed Energy Deposition (DED) Stellen Sie sich das wie Präzisionsschweißen an einem Roboterarm vor. Eine Düse trägt Material auf und schmilzt es gleichzeitig mit einer fokussierten Wärmequelle. Wartungsteams nutzen dies, um teure Maschinenteile zu reparieren, während Hersteller es verwenden, um Funktionen zu vorhandenen Komponenten hinzuzufügen. 3. Binder Jetting Funktioniert wie ein Standarddrucker, jedoch mit Metallpulver. Ein Druckkopf trägt das Bindemittel Schicht für Schicht genau dort auf, wo es benötigt wird. Anschließend gelangt der „Green Part“ zum Sintern in einen Ofen. Produktionsleiter entscheiden sich für diese Methode, wenn sie höhere Stückzahlen zu geringeren Kosten benötigen. 4. Metal Extrusion (Bound Metal Deposition) Ähnlich wie beim 3D-Druck aus Kunststoff, jedoch mit metallgefüllten Filamenten. Nach dem Drucken werden die Teile entbindert (Entfernen des überschüssigen Materials) und gesintert (Festigung durch Erhitzen, ohne zu schmelzen). Designfirmen und kleine Hersteller entscheiden sich für dieses Gerät aufgrund seiner Einfachheit und bürofreundlichen Einrichtung. 5. Cold Spray (CS) Verschießt Metallpartikel mit Überschallgeschwindigkeit, um Oberflächen aufzubauen, ohne zu schmelzen. Werkstätten nutzen dies dort, wo Hitze empfindliche Teile beschädigen könnte. 6. Sheet Lamination (UAM) Stapelt und verbindet Metallbleche durch Ultraschallschweißen und bringt sie anschließend in Form. Elektronikhersteller nutzen dies, um Komponenten in Metallteile einzubetten. 7. Laser Metal Deposition (LMD) Führt Metallpulver oder Draht einem fokussierten Laserstrahl zu, um eine präzise Materialzugabe zu ermöglichen. Darauf verlassen sich Wartungsteams in der Luft- und Raumfahrt bei kritischen Reparaturen, bei denen es auf Genauigkeit ankommt. Anwendungen der additiven Fertigung mit Metallen Von der Schwerindustrie bis hin zu medizinischen Laboren eröffnet die additive Metallfertigung neue Möglichkeiten für Designteams, die die technische Grenzen überschreiten. 1. Luft- und Raumfahrt & Verteidigung Die additive Metallfertigungstechnologie hat die Luft- und Raumfahrtfertigung verändert. Ingenieure drucken jetzt komplexe Triebwerksteile, die das Flugzeuggewicht reduzieren und die Treibstoffeffizienz steigern. Die fortschrittlichen Kühlkanäle in gedruckten Turbinenkomponenten können die Lebensdauer der Teile verlängern und gleichzeitig die thermische Leistung verbessern. Für militärische Anwendungen drucken Teams Spezialwerkzeuge und UAV-Komponenten (unmanned aerial vehicle, dt. unbemannte Fluggeräte) vor Ort und verkürzen so Verzögerungen in der Lieferkette. 2. Automobil & Rennsport Rennteams haben sich der additiven Automobilfertigung mit Metallen verschrieben. Formel-1-Ingenieure drucken topologieoptimierte Fahrwerksteile, die ihre Festigkeit beibehalten und gleichzeitig das Gewicht reduzieren. Produktionslinien verwenden nun gedruckte Vorrichtungen und Werkzeuge, um die Montage zu rationalisieren. Sogar Hypercar-Hersteller nutzen die Technologie, wobei Titan-Bremssättel einen Meilenstein im großformatigen Metalldruck darstellen. 3. Medizinische Innovation Chirurgen und Hersteller medizinischer Geräte erkennen die erstaunlichen Vorteile des Metall-3D-Drucks. Es wird mittlerweile routinemäßig für gedruckte Titanimplantate verwendet, die an die Anatomie des Patienten angepasst sind. Maßgeschneiderte Hüftprothesen und Wirbelsäulenimplantate verbessern die Patientenergebnisse durch eine bessere Passform und Integration. Auch chirurgische Instrumente machen einen großen Fortschritt. Um die Präzision zu verbessern, verwenden Chirurgen leichte, biokompatible 3D-gedruckte Werkzeuge aus Edelstahl und Titan. In der regenerativen Medizin gibt es ebenfalls Fortschritte. Forscher erforschen 3D-gedruckte Gerüste, um das Knochenwachstum und die Gewebezüchtung zu unterstützen. 4. Energiesektor Die Stromerzeugung erfordert Teile, die extremen Bedingungen standhalten und gleichzeitig höchste Effizienz gewährleisten. Moderne Energieanlagen setzen heute auf gedruckte Wärmetauscher mit optimierten Kühldesigns, um dieses Gleichgewicht zu erreichen. Auch die Windkraftindustrie hat sich diese Fortschritte zu eigen gemacht und nutzt gedruckte Komponenten, um das Gewicht von Turmbaugruppen zu reduzieren und die Gesamtleistung der Turbine zu verbessern. 5. Produktionswerkzeuge In Fabrikhallen auf der ganzen Welt haben Fertigungsteams ihren Werkzeugansatz durch den Metalldruck revolutioniert. Durch die Entwicklung kundenspezifischer Werkzeuge und Vorrichtungen mit integrierten Kühlkanälen wurden die Zykluszeiten bei Spritzgussvorgängen drastisch verkürzt. Auch wirtschaftlich ist der 3D-Metalldruck sinnvoll: Bei der Produktion kleiner Stückzahlen entfallen durch den Druck von Teilen direkt teure herkömmliche Werkzeugkosten. Die Produktionsstätten von VW zeigen diesen Wandel deutlich. Durch den Einsatz der additiven Metallfertigung zum Drucken kundenspezifischer Werkzeuge und Produktionsvorrichtungen werden heute nur Tage statt wie früher Wochen benötigt. Vorteile der additiven Metallfertigung Der Fertigungserfolg hängt vom Gleichgewicht zwischen Qualität, Kosten und Geschwindigkeit ab. Die AF mit Metallen bietet deutliche Vorteile, die Herstellern helfen, diese Herausforderungen zu meistern: 1. Designfreiheit und komplexe Geometrien Ingenieure erstellen jetzt interne Kanäle, Gitterstrukturen und komplexe Formen, mit denen die herkömmliche Bearbeitung nicht mithalten kann. Sobald die Teile aus mehreren Komponenten bestehen, werden sie als Einzelstücke gedruckt, wodurch Montageschritte und Fehlerstellen entfallen. In der Luft- und Raumfahrt zeigen optimierte Wärmetauscher und Turbinenkomponenten, was möglich ist, wenn Designgrenzen wegfallen. Lesen Sie unsere Best Practices für additives Fertigungsdesign hier. 2. Materialeffizienz und Nachhaltigkeit Während bei der herkömmlichen Bearbeitung bis zu 80 % des Rohmaterials verschwendet werden, werden Teile bei der additiven Fertigung mit Metallen schichtweise aufgebaut, wobei nur so viel verwendet wird, wie benötigt. Dieser Ansatz kommt insbesondere der Luft- und Raumfahrt sowie Automobilbranche zugute, wo leichtere Teile einen geringeren Kraftstoffverbrauch bedeuten. Die Möglichkeit, Metallpulver zu recyceln, stärkt den Vorteil der Nachhaltigkeit zusätzlich. 3. Geschwindigkeit und Produktionsflexibilität Der Metalldruck macht spezielle Werkzeuge überflüssig, sodass kleine Serien und kundenspezifische Teile realisierbar sind. Designteams benötigen nun Tage statt Monate, um vom Konzept zum Testen zu gelangen. Hersteller medizinischer Geräte sind ein Beispiel für diesen Wandel und liefern kundenspezifische Implantate schneller als je zuvor unter Einhaltung präziser Spezifikationen. 4. Teileintegration und Leistung Das Drucken komplexer Teile als einzelne Einheiten erhöht die Zuverlässigkeit und verkürzt gleichzeitig die Montagezeit. Automobilhersteller drucken Halterungsbaugruppen jetzt aus einem Stück, wodurch sie leichter und stabiler werden. Herausforderungen und Einschränkungen Trotz ihrer Vorteile stößt die additive Metallfertigung auf einige Hürden, die einer breiten Akzeptanz entgegenstehen. Hier sind einige der wichtigsten Einschränkungen: 1. Kostenbedingte Hemmnisse Der Herstellungsprozess erfordert erhebliche Vorabinvestitionen. Über teure Maschinen hinaus benötigen Unternehmen spezielle Einrichtungen, geschultes Personal und umfangreiche Nachbearbeitungsausrüstung. Metallpulver sind ebenfalls hochpreisig, insbesondere für Materialien in Luft- und Raumfahrtqualität. 2. Grenzen bei der Produktionsgeschwindigkeit Die AF mit Metallen eignet sich zwar hervorragend für Prototypen und kundenspezifische Teile, kann jedoch bei der Herstellung großer Stückzahlen nicht mit herkömmlichen Fertigungstechnologien mithalten. Die Massenproduktion basiert immer noch auf Gießen und Formen, wobei Geschwindigkeit und Kosteneffizienz am wichtigsten sind. Viele Hersteller nutzen AF als ergänzende Technologie und konzentrieren sich auf Spezialkomponenten in kleinen Stückzahlen. 3. Qualitätskontrolle Der Fertigungsindustrie fehlen standardisierte Qualitätsprotokolle für die additive Metallfertigung. Jedes Teil erfordert gründliche Tests und Validierungen, insbesondere in regulierten Branchen wie der Luft- und Raumfahrt sowie Medizin. Die Nachbearbeitung erhöht den Zeit- und Kostenaufwand – die meisten Teile erfordern eine Wärmebehandlung, Oberflächenveredelung und Präzisionsbearbeitung, um den Spezifikationen zu entsprechen. 4. Material- und Sicherheitsherausforderungen Nicht alle Metalle lassen sich mit AF-Systemen verarbeiten. Diejenigen, die sich eignen, erfordern eine sorgfältige Handhabung – Metallpulver stellen sowohl Sicherheits- als auch Qualitätsrisiken dar. Lagerung, Recycling und Abfallmanagement erfordern spezielle Verfahren zum Schutz der Mitarbeiter und zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Druckqualität. Die Zukunft der Metallverarbeitung Die additive Metallfertigung entwickelt sich nach wie vor rasant weiter. Da die Kosten sinken und die Kapazitäten steigen, integrieren immer mehr Hersteller diese Technologien in ihre Produktionslinien. Verbesserungen beim maschinellen Lernen und bei der Automatisierung beseitigen aktuelle Einschränkungen bei der Qualitätskontrolle und Nachbearbeitung. Neue Materialien und höhere Druckgeschwindigkeiten deuten auf eine breitere Akzeptanz in der Massenproduktion hin. Für Hersteller, die die additive Fertigung mit Metallen in Betracht ziehen, ist die Botschaft klar: Fangen Sie jetzt damit an, Anwendungsmöglichkeiten für sich zu erkunden. Starten Sie mit Bereichen, in denen traditionelle Methoden Schwierigkeiten bereiten – komplexe Geometrien, kundenspezifische Teile oder konsolidierte Baugruppen. Testen Sie Designs, schulen Sie Teams und bauen Sie Fachwissen auf, während sich die Technologie weiterentwickelt. Der Erfolg in der modernen Fertigung erfordert Innovation und praktisches Know-how. Die additive Metallfertigung bietet neue Lösungen für uralte Herausforderungen in der Produktion und öffnet gleichzeitig Türen für Designs, die früher für unmöglich gehalten wurden. Related Content 3D Druck Mit Kohlefaser: Wie Man Starke Bauteile 3D-Druckt Was ist Kohlenstofffaser-3D-Druck? Warum brauchen Sie einen Kohlenstofffaser-3D-Drucker? Wie man einen 3D-Drucker für Kohlefaserfilamente findet. 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