Werkzeugstahl, Gold und Kupfer im 3D-Drucker verarbeiten

3D-Druck

3D-Drucker für Formen aus Stahl, Implantate aus Titan und reines Kupfer

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Der Druck von Reinkupfer ist zum Beispiel für den Maschinen- und Anlagenbau interessant (Bild: Trumpf)
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Eine vorgeheizte Substratplatte sorgt dafür, dass sich auch Werkstücke aus Werkzeugstahl im 3D-Drucker herstellen lassen – ohne durch zu schnelles Abkühlen Schaden zu erleiden. Ein anderes Gerät verarbeitet Gold und Kupfer.

Bauteile aus Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil oder Titanlegierungen lassensich drucken, ohne dass sie reißen oder sich stark verziehen. Mit dieser Botschaft stellte das Ditzinger Unternehmen Trumpf kürzlich auf der Messe Formnext in Frankfurt seinen neuen 3D-Drucker vor, den Truprint 5000 mit einer Vorheizung von 500 Grad. „Werkzeug- und Formbauer können nun problemlos Umformwerkzeuge, Stempel oder Matrizen drucken. Ohne Vorheizung war das bisher nicht möglich“, sagt Tobias Baur, als Leiter Trumpf Additive Manufacturing zuständig für Technologie.

Werkzeug- und Formenbauer verwenden häufig den kohlenstoffhaltigen Werkzeugstahl 1.2343. Das Material ist hart, verschleißfest und führt Wärme besonders gut ab. Allerdings ließ es sich bisher nicht im 3D-Drucker verarbeiten, weil die Bauteile beim Drucken reißen. „Der Laserstrahl schmilzt das Bauteil an der Oberfläche auf, danach herrscht wieder Raumtemperatur. Diesem Temperatursturz hielt das Bauteil bislang nicht stand und es kam zu Rissen“, sagt Baur. Die Substratplatte des 3D-Druckers Truprint 5000 lässt sich auf 500 Grad vorheizen, um den Temperatursturz nach dem Laserschmelzen zu mildern. „Die Materialqualität und die Oberfläche ist bei kohlenstoffhaltigen Stählen deutlich besser als ohne Vorheizung. Das verhindert Brüche im Bauteil“, erklärt Baur.

Implantate: Stützstrukturen können im 3D-Drucker zum Teil entfallen

Auch für additiv gefertigte Prothesen und Implantate aus Titan bietet die Vorheizung ebenfalls Vorteile. „Wenn die Umgebungstemperatur zu stark fällt, verzieht sich das Bauteil, und wir müssen es nachbearbeiten. Außerdem benötigen wir oft Stützstrukturen, die wir mühsam auf- und abbauen“, sagt Baur. Die Vorheizung des Truprint 5000 reduziere die Spannungen, steigere die Bearbeitungsqualität und mache in vielen Fällen Stützstrukturen überflüssig. Nachgelagerte Wärmebehandlungen lassen sich oft reduzieren. Das Titan werde zudem belastbarer und die Implantate langlebiger.

Mit Hilfe eines grünen Lasers mit Pulsfunktion zeigte das Unternehmen auf der Messe Formnext erstmals, wie sich Reinkupfer und andere Edelmetalle drucken lassen. Dafür haben die Entwickler den den neuen Scheibenlaser Trudisk 1020 an den 3D-Drucker Truprint 1000 angebunden. „Herkömmliche Anlagen arbeiten mit einem Infrarotlaser als Strahlquelle. Dessen Wellenlänge ist aber zu groß und kann stark reflektierende Werkstoffe wie Kupfer oder Gold nicht schweißen. Mit dem Laserlicht im grünen Wellenlängenbereich ist das möglich“, sagt Thomas Fehn, als Leiter Trumpf Additive Manufacturing zuständig für Vertrieb. Dies eröffne neue Möglichkeiten für den 3D-Druck, zum Beispiel in der Elektronikbranche oder der Automobilindustrie, so Fehn.

Der Einsatz des grünen Lasers lohne sich insbesondere auch in der Schmuckindustrie. „Der 3D-Drucker verschwendet kein teures Gold oder Silber“, sagt Fehn. Deshalb sei Drucken oft kostengünstiger als das Schmuckstück mit hohem Materialverlust zu fräsen oder zu gießen.

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