3D Systems: Weltweit größter und schnellster 3D-Drucker für Metallpulver

3D Systems hat laut einer Presseaussendung bedeutende Fortschritte bei der Herstellung des weltweit größten, schnellsten und präzisesten 3D-Druckers für Metallpulver erzielt. Dieser verfügt über mehrere Laser, eine große Baukammer und einzigartige Verfahren für den Materialabtransport. Mit diesem Drucker kann das Unternehmen das Army Research Laboratory (ARL) des Combat Capabilities Development Command (DEVCOM) mit einer Technologie ausstatten, die auf die spezifischen Anforderungen von Anwendungen für Langstreckenmunition, Kampffahrzeuge, Hubschrauber sowie Luft- und Raketenabwehrsystemen ausgerichtet ist.

Seit der Auftragsvergabe in Höhe von 15 Millionen US-Dollar im dritten Quartal 2019 haben die Engineering- und Anwendungsexperten von 3D Systems ihr Fachwissen und ihre Erfahrung genutzt, um einen einzigartigen 3D-Metalldrucker mit neun Lasern und einer Größe von 1 m x 1 m x 600 mm zu entwickeln. Dieser ist bisher der einzige seiner Art in der Branche.

Ende Oktober 2020 hat 3D Systems den ersten Testdruck unter Verwendung eines Verfahrens für den selektiven Pulverauftrag durchgeführt. Dieses einzigartige Konzept begrenzt die Materialmenge, die zur Herstellung sehr großer Teile benötigt wird, indem das Material nur dort aufgebracht wird, wo es in der Konstruktion benötigt wird. Dadurch beschleunigt sich die Zeit bis zum fertigen Teil und die Materialkosten werden reduziert. Bestandteil der Fertigungskammer ist außerdem eine beheizte Bauplatte, um thermische Spannungen zu reduzieren und die Anhaftungseigenschaften während des Drucks zu verbessern.

Um diese Plattform der nächsten Generation zu schaffen, nutzt 3D Systems Schlüsseltechnologien aus seiner DMP-Plattform (Direct Metal Printing), die die Grundlage für die 3D-Drucker DMP Flex 350, DMP Factory 350 und DMP Factory 500 des Unternehmens bildet. Eine der wichtigsten Komponenten ist der optische Zug, der es für eine verbesserte Qualitätskontrolle ermöglicht, jeden der neun Laser dieses neuartigen Druckers mit einem eigenen Schmelzbad-Überwachungssystem auszustatten. Durch den Einsatz desselben optischen Systems, das auch auf der DMP-Plattform verwendet wird, kann das Unternehmen die vorhandene Materialbibliothek nutzen, die ausgiebig getestet und für eine optimale Leistung fein abgestimmt wurde. Der Rückgriff auf die mit diesen Hochleistungsmaterialien verbundenen Daten beschleunigt die Entwicklung neuer Materialien.

Das Unternehmen integriert außerdem sein branchenweit anerkanntes Vakuumkammer-Konzept für hohe, wiederholbare Qualität. Das Inertisierungsverfahren von 3D Systems ist um ein Vielfaches schneller und verbraucht deutlich weniger Argon (mindestens das 10-fache weniger) als herkömmliche 3D-Metalldrucker. Das Inertisierungsverfahren reduziert den Sauerstoffgehalt während der Verarbeitung drastisch auf unter 25 ppm, was im Vergleich zu 500–1000 ppm in den meisten herkömmlichen 3D-Metalldruckern revolutionär ist. Dies führt zu außergewöhnlich starken Teilen von hoher chemischer Reinheit, während die Pulverqualität während der gesamten Lebensdauer des Materials hoch bleibt. Hierdurch werden die Gesamtkosten für den Kauf von komprimiertem Argon über die gesamte Lebensdauer der Maschine hinweg deutlich reduziert. Außerdem kommt es durch die Wiederverwendbarkeit von Pulver zu Einsparungen bei den Gesamtbetriebskosten.

Der Einbau von sechs kontrastreichen Spiegelreflexkameras in die Baukammer ermöglicht vor Ort einen umfassenden Überblick über den Druck. Jede Kamera ist über dem Pulverbett mit direkter Sicht von oben nach unten positioniert. Dieser einzigartige Blickwinkel macht eine Bildmanipulation überflüssig und ermöglicht es, Baudaten in Echtzeit zu erhalten, wodurch der Prozess beschleunigt wird. Die Firmware innerhalb des Systems erfasst alle digitalen Eingaben einschließlich Sensordaten, Positionsinformationen, Schmelzbaddaten und Pulverbettbilder in einer SQL-Datenbank. Dies ermöglicht einen vollständigen Einblick in den Build und ist für die Validierung und Qualifizierung von Teilen und Prozessen von unschätzbarem Wert. Darüber hinaus nutzt 3D Systems die gleiche bewährte Software für die additive Fertigung, die auch in der DMP-Plattform verwendet wird. Mit dieser können Entwürfe optimiert und Prozesse rationalisiert werden, um Druckzeiten zu verkürzen und den Materialverbrauch zu senken.

Laut dem Plan zur Einführung der additiven Fertigung bei der US-Armee setzt diese die additive Fertigung bereits seit zwei Jahrzehnten ein, um Verschleißteile wieder instand zu setzen und kundenspezifische Werkzeuge zu erstellen. Nach der Entwicklung wird die US-Armee ihre bei der Fertigung gewonnene Erfahrung nutzen und die neuen Großsysteme in ihren Depots und Laboren einsetzen. In der Folge planen 3D Systems und seine Partner, die neue 3D-Drucktechnologie führenden Lieferanten in der Luft- und Raumfahrtbranche sowie Verteidigungsindustrie für die Entwicklung zukunftsweisender Armeeplattformen zur Verfügung zu stellen.

Der Artikel basiert auf einer Pressemeldung von 3D Systems.