Werkstoffe im 3D Metalldruck
zielgerichtete Auswahl für eine verbesserte Performance
Werkstoffauswahl
1.4404 / 316L ist unser Standardmaterial. Vergleichsweise günstig im Einkauf verfügt dieser Stahl über eine hohe Korrosionsfestigkeit, sowie eine gute Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Er ist geeignet für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie, Chemie, Elektronik und Medzintechnik.
1.4542 / 630 / 17-4 PH ist die Alternative, wenn höhere Zugfestigkeiten und Härten gefordert werden und der Werkstoff trotzdem eine gewisse Korrosionsfestigkeit vorweisen soll. Dieser Stahl ist härtbar. Er wird für verschleißfeste Teile in der Lebensmittelindustrie, dem allgemeinen Maschinenbau und der Medizintechnik genutzt.
1.2709 bietet im gehärteten Zustand noch bessere Werkstoffeigenschaften als 1.4542 ist allerdings nicht korrosionsfest. Der Stahl eignet sich für den allgemeinen Maschinenbau und den Werkzeug- und Formenbau.
CuSN10 ist unser Werkstoff der Wahl, wenn es um die Detailauflösung und Oberflächenqualität geht. Diese Bronze findet ihre Anwendung in der Herstellung von Zahnrädern und filigranen Bauteilen, die schwierig zu entstützen sind und fast ausschließlich manuell bearbeitet werden. Auch Prototypen werden gerne aus diesem schönen und uralten Werkstoff gefertigt.
Wir bieten nur eine begrenzte Auswahl an Werkstoffen an, da jeder Werkstoff einen eigenen Parametersatz für den 3D Druck benötigt. Zusätzlich müssen die Nachbearbeitungsprozesse darauf abgestimmt werden. Die Schweißbarkeit einer Metall-Legierung ist stets die Voraussetzung für ihre Verwendbarkeit in der additiven Fertigung.
Zugfestigkeit und Dehngrenze
Die Festigkeitswerte der Werkstücke sind abhängig von der Ausrichtung der Proben im Bauraum. Die genannten Werte beziehen sich auf die Ausrichtung parallel zur Z-Achse, die erfahrungsgemäß die schlechtesten Festigkeiten aufweist.
Die Auswertungen erfolgten an der HTWK in Leipzig in Zusammenarbeit mit Hr. Prof. Rosemann. Eine Ausnahme bilden die mit * gekennzeichneten Werte. Hier handelt es sich um die parameterbezogenen Werkstoffangaben der Fa. Trumpf.
| Bezeichnung | Einheit | 1.4404 | 1.4542 | 1.4542 | 1.2709 | 1.2709 | Bronze (CuSn10) |
| as built | peak-aged | as built | peak-aged | ||||
| Dehngrenze | Rp0,2 [N/mm2] | 510 +/- 10 | 700 +/- 20 | 1360 +/- 20 | 930 +/-100* | 2050 +/-100* | 355 +/- 8 |
| Zugfestigkeit | Rm [N/mm2] | 585 +/- 10 | 1130 +/- 15 | 1500 +/- 15 | 1050 +/-100* | 2090 +/-100* | 438 +/- 10 |
| Bruchdehnung | At [%] | 54 +/- 2 | 13 +/- 1 | 14 +/- 1 | 7 +/-3* | 1 +/- 0* | 4,7 +/- 2 |
| Kerbschlagarbeit | KV [J] | 150 +/- 10 | 50 +/- 2 | 3 +/- 1 |
Dichte
Die Auswertungen erfolgten an der HTWK in Leipzig in Zusammenarbeit mit Hr. Prof. Schulze.
| Bezeichnung | Einheit | 1.4404 | 1.4542 | 1.2709 | CuSn10 |
| ρ - Dichte | [%] | 99,5 | 99,5 | 99,5* | 99,5 |
Härte
Bei maximaler Härte des 1.4542 zeigt sich ein schnelles Versagen des Werkstoffes in der Kerbschlagarbeit.
Die Auswertungen erfolgten an der HTWK in Leipzig in Zusammenarbeit mit Hr. Prof. Rosemann.
| Bezeichnung | Einheit | 1.4404 | 1.4542 | 1.4542 | 1.2709 | 1.2709 |
| Wärmebehandlung | as built | peak - aged | as built | peak - aged | ||
| Härte Vickers | [HV10] | 227 +/- 5 | 345 +/- 5 | 495 +/- 10 | ||
| Härte Rockwell | [HRC] | (17 +/- 1) | 35 +/- 1 | 47 +/- 1 | 32 +/-4* | 54 +/-4* |
Korrosion
1.4404 ist zwar im Bereich Zugfestigkeit und Härte dem 1.4542 unterlegen, zeichnet sich aber diesem gegenüber durch deutliche bessere Korrosionseigenschaften aus.
Die Auswertungen erfolgten an der HTWK in Leipzig in Zusammenarbeit mit Hr. Prof. Rosemann.
| Bezeichnung | Einheit | 1.4404 | 1.4542 | 1.4542 |
| Wärmebehandlung | as built | peak - aged | ||
| E Lochkorrosion | [mVAgAgCl] | 700 +/- 55 | 340 +/- 50 | 360 +/- 75 |
| E Repassivierung | [mVAgAgCl] | 410 +/- 40 | 5 +/- 20 | -10 +/- 20 |
Rauheit
Die Rauheit der Oberflächen ist abhängig von der Ausrichtung der Flächen. Die geringste Rauheit wird bei senkrecht orientierten (Seiten-) Flächen erzielt (Ra 1,94µm; Rz 10,36µm). Deckflächen sind dagegen ungefähr doppelt so rau (Ra 3,62µm; Rz 16,19µm). Nach unten orientierte Flächen, die abgestützt werden, entziehen sich einer sinnvollen Rauheitsmessung. Diese Flächen werden abhängig von der Teilegeometrie nachbearbeitet. Die Angaben beziehen sich auf ein glasperlgestrahltes Versuchsteil. Eine weitere Verbesserung der Oberflächen ist durch geeignete Nachbearbeitungsverfahren erreichbar.
Die Auswertungen erfolgten an der HTWK in Leipzig in Zusammenarbeit mit Hr. Prof. Schulze.
Eigenspannungen
In der Regel sind Eigenspannungen bei Kleinteilen nicht ausschlaggebend. Durch eine intelligente Positionierung im Bauraum kann dem Verzug entgegengewirkt werden. In Einzelfällen muß nachgebogen oder mit entsprechenden Aufmaßen korrigierend eingegriffen werden.
Detail-Auflösung
Erreichbar ist eine Auflösung von Details ab 0,15mm bei den Stählen 1.4542 und 1.4404. Bei Bronze liegt die Auflösung bei 0,1mm. Begrenzender Faktor sind zum einen die Maschinendaten (55µm Laserspot Stahl gegenüber 30µm Laserspot Bronze) und zum anderen die Stützstrukturen. Sobald diese benötigt werden, muss das Teil stabil genug sein, um es von diesen lösen zu können. Bei Strukturen unter 0,5mm Wandstärke muss deshalb die Bausituation im Detail betrachtet werden.
Maßhaltigkeit
Die Einhaltung der Maß-Toleranzen ist bei der additiven Fertigung hauptsächlich von der grundsätzlichen Rauheit der Oberflächen aus den Parametern und den Stützstrukturen abhängig. Dadurch ergibt sich auch hier ein Zusammenhang zur Ausrichtung der Bauteile im Bauraum. Während in X & Y-Richtung die Maße innerhalb eines Toleranzfeldes von +/-0,1mm bleiben, ist die Toleranz in Z abhängig von der Möglichkeit der Nachbearbeitung. Ist diese gegeben so kann auch in Z +/-0,1mm zugesichert werden.