Metallpulver

Andrea Gillhuber,

Stahl für die additive Fertigung

Die additive Fertigung ist auf dem besten Weg aus der Nische. Möglich machen dies auch neue Werkstoffe. Die Deutschen Edelstahlwerke haben nun zwei Metallpulver für den 3D-Druck auf den Markt gebracht: den bainitischen Spezialstahl Bainidur AM sowie den austenitischen Stahl Printdur HSA.

Der Spezialstahl Bainidur wird nicht nur für Schmiedeteile verwendet, sondern in Form des pulvermetallurgisch aufbereiteten Bainidur AM auch für Prototyping und der additiven Ersatzteilfertigung. © Deutsche Edelstahlwerke

Die additive Fertigung findet in immer Branchen Anwendungen. Egal ob im Fahrzeug- und Flugzeugbau, in der Medizintechnik oder auch in der Elektronikfertigung. Dass die Fertigungstechnologie auch neue Industrien erobert, liegt auch an den Materialien. Neben Kunststoffen lassen sich immer mehr Metalle additiv verarbeiten, die Nachfrage nach den metallischen Werkstoffen steigt.

Die Deutschen Edelstahlwerke haben den Trend erkannt und bieten verschiedene Stähle auch für den 3D-Druck an. Bei der Entwicklung der Metallpulver bezieht der Stahlproduzent den Anwender in die kompletten Prozesskette mit ein: startend mit der Legierungsidee, über die Herstellung des Pulvers, zum einsatzfertigen Prototypen und Bauteil bis hin zur Großserie über die additive Fertigung hinaus. Mittlerweile stellen die Stahlexperten aus Witten und Krefeld bis zu 200 Werkstoffe pulvermetallurgisch her. Dazu zählen seit Kurzem auch der bainitische Spezialstahl Bainidur AM sowie der austenitische Stahl Printdur HSA.

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Bainitscher Stahl für den 3D-Drucker

Der bainitische Spezialstahl kann verzugsfrei und mit geringer Bearbeitungszugabe verarbeitet werden, was aufwendige Prozessschritte einspart. Durch die pulvermatallurgische Aufbereitung kann der Stahl nun sowohl für den 3D-Druck verwendet werden als auch für Großserienfertigung beispielsweise im Automobilbau. Auf dem Markt gibt es derzeit nur wenige niedrig- und mittellegierte Stähle, die mittels additiver Fertigung verarbeitet werden können. Bainidur AM bedient nun diesen Bedarf, da mit ihm Erstmuster schnell und effizient gedruckt werden können, die zudem die späteren Bauteileigenschaften aufweisen. Die Wärmebehandlung sowie thermochemische Oberflächenbehandlungen können mit demselben Werkstoff getestet und optimiert werden wie in der Serienfertigung.
Dass sich der Spezialstahl sowohl mechanisch als auch additiv verarbeiten lässt, eröffnet auch neue Potenziale im Ersatzteilmanagement: Wenn die Schmiedegesenke längst nicht mehr vorhanden sind, lassen sich Ersatzteile additiv fertigen und sind vom Original nicht mehr zu unterscheiden. Begünstigt wird dies durch sein gutes Umwandlungsverhalten in die Bainitstruktur. Dadurch ist der Werkstoff gutmütig bei der Pulverherstellung und beim Drucken. Beispielsweise lassen sich hochfeste Komponenten für den Automobilleichtbau prozesssicher, verzugsfrei und im Ergebnis mit geringer Bearbeitungszugabe und reduziertem Wärmebehandlungsaufwand fertigen. Die Werkstoffeigenschaften erlauben den Einsatz des Bauteils häufig ohne weitere Wärmebehandlung.
Aufgrund der erhöhten Bauteilfestigkeit ist es möglich, die Baugröße und damit das Gewicht zu reduzieren. Eine Maßnahme, die deutlich CO2 einspart. Viele Teile sind zudem nach dem Drucken gänzlich ohne Wärmebehandlung einsetzbar. Ein weiterer Vorteil des neuen Spezialstahls sind die gute Zerspanbarkeit und Nitrierbarkeit. Darüber hinaus zeichnet er sich laut Unternehmen durch eine gute Kerbschlagzähigkeit aus.

Austenitischer Stahl – unmagnetisch und korrosionsbeständig

Beim Printdur HSA handelt es sich um ein mittels Gasverdüsung hergestelltes Pulver, das im gedruckten Zustand ein zu 99 Prozent austenitisches Gefüge aufweist. Dadurch findet er in verschiedensten Branchen Anwendung. © Deutsche Edelstahlwerke

Beim Printdur HSA handelt es sich um ein mittels Gasverdüsung hergestelltes Pulver, das im gedruckten Zustand ein zu 99 Prozent austenitisches Gefüge aufweist. Damit einhergehend ist der Werkstoff unmagnetisch. Er zeichnet sich durch deutlich verbesserte Festigkeitswerte aus und bietet Anwendungspotenzial in vielen Branchen. Durch seine Eigenschaften eignet sich der Werkstoff laut Unternehmen am besten für das selektive Laserschmelzen, auch Laser Powder Bed Fusion (LPBF) genannt.

Im Vergleich zu typischen austenitischen Stählen zeichnet sich der Werkstoff durch eine deutlich erhöhte Streckgrenze, Zugfestigkeit und Härte aus. Beispielsweise hat sich der Werkstoff 1.4404 (316L) zwar als Standardstahl in der additiven Fertigung etabliert, verglichen mit dem Printdur HSA jedoch weist er laut Deutsche Edelstahlwerke ein deutlich geringeres Festigkeitsniveau auf: Streckgrenze und Zugfestigkeit seien beim Printdur HSA doppelt so hoch, so das Unternehmen. Eine Pitting Resitance Equivalent Number (PREN) von 36 deutet auf eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit hin: Im gedruckten Zustand ist das austenitische Stahlpulver sowohl nach SEP 1877 Verfahren II korrosionsbeständig (Prüfung zur Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion) als auch nach ASTM G48 Methode E (Prüfung zur Beständigkeit gegen Lochkorrosion).

Branchenübergreifende Möglichkeiten

Aufgrund der genannten Eigenschaften eröffnen sich mit nur einem Werkstoff verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten: ob im Maschinenbau, bei Lebensmittel- und Chemieanlagen, Pumpenbauteilen, Kraftwerksindustrie oder in der Automobilindustrie. Zwar kann die additive Fertigung nicht den klassischen Formenbau ersetzen, sie kann jedoch die Effizienz der Fertigung verbessern. So bietet der 3D-Metalldruck insbesondere in der Fertigung komplexer Formen Vorteile: Dazu zählen unter anderem der Bau von Prototypen oder die Herstellung von Kernen, Kavitäten oder Einsätzen für Werkzeuge, Matrizen sowie Formen zur Herstellung von Kleinserien. Hier wirken sich Designfreiheit und die kurze Produktionszeit positiv aus.

Nach Unterlagen der Deutschen Edelstahlwerke / ag

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