Metall-3D-Druck Materialien im Überblick

1. Einleitung: Die Vielfalt der Metallpulver und -drähte

Im industriellen Metall-3D-Druck ist das Material der entscheidende Faktor für die mechanischen Eigenschaften, die thermische Beständigkeit und die Kosten des Endbauteils. Die Zeiten, in denen AM-Systeme nur eine Handvoll Legierungen verarbeiten konnten, sind längst vorbei.

Heute steht eine breite Palette an zertifizierten Werkstoffen zur Verfügung – von leichtem Aluminium für den Automotive-Sektor bis hin zu hochtemperaturbeständigen Superlegierungen für Gasturbinen. Dieser Leitfaden bietet einen strukturierten Überblick über die wichtigsten Materialgruppen der Additiven Fertigung.

2. Edelstähle (Stainless Steel)

Rostfreie Stähle sind die am häufigsten verwendeten Materialien im Metall-3D-Druck. Sie bieten eine exzellente Kombination aus Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit.

2.1 Austenitischer Edelstahl (316L / 1.4404)

• Eigenschaften: Sehr gute Korrosionsbeständigkeit, leicht schweißbar, biokompatibel.
• Anwendungen: Medizintechnik (Implantate, chirurgische Instrumente), Lebensmittelindustrie, maritime Bauteile.
• Druckverfahren: PBF, DED, WAAM, Binder Jetting.

2.2 Martensitischer Edelstahl (17-4 PH / 1.4542)

• Eigenschaften: Höhere Festigkeit und Härte als 316L, durch Wärmebehandlung aushärtbar.
• Anwendungen: Pumpenbauteile, Vorrichtungen, stark beanspruchte mechanische Komponenten.

3. Werkzeugstähle (Tool Steels)

Werkzeugstähle sind extrem hart und verschleißfest. Sie sind das Rückgrat des additiven Werkzeug- und Formenbaus.

3.1 Warmarbeitsstahl (H13 / 1.2344)

• Eigenschaften: Behält seine Härte auch bei hohen Temperaturen.
• Anwendungen: Druckgussformen, Schmiedegesenke.

3.2 Maraging-Stahl (1.2709)

• Eigenschaften: Extrem hohe Festigkeit und Zähigkeit nach dem Auslagern (Aushärten). Sehr gut zerspanbar vor der Wärmebehandlung.
• Anwendungen: Kunststoffspritzgussformen mit konturnaher Kühlung (Conformal Cooling), hochfeste Antriebskomponenten im Motorsport.

4. Titan und Titanlegierungen

Titan ist das Premium-Material für Leichtbau. Es kombiniert hohe mechanische Festigkeit mit geringer Dichte und außergewöhnlicher Korrosionsbeständigkeit.

4.1 Ti6Al4V (Titan Grade 5)

• Eigenschaften: Das "Arbeitspferd" der Titanlegierungen. Hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Schwer konventionell zu zerspanen, daher ideal für AM.
• Anwendungen: Aerospace (Turbinengehäuse, Strukturbauteile), Motorsport, Medizintechnik (orthopädische Implantate).
• Druckverfahren: Hauptsächlich PBF, zunehmend auch WAAM für Großbauteile.

5. Nickelbasislegierungen (Superlegierungen)

In Umgebungen, in denen selbst Edelstahl und Titan schmelzen oder versagen würden, kommen Nickellegierungen zum Einsatz.

5.1 Inconel 718 und Inconel 625

• Eigenschaften: Extreme Hitzebeständigkeit (bis ca. 700°C Dauerbelastung), Oxidationsbeständigkeit und Kriechfestigkeit.
• Anwendungen: Brennkammern in Raketentriebwerken, Heißgasteile in stationären Gasturbinen, Turbolader im Motorsport.

6. Aluminiumlegierungen

Aluminium ist leicht, gut wärmeleitend und kostengünstig. Es ist das bevorzugte Material für gewichtsoptimierte Serienbauteile.

6.1 AlSi10Mg

• Eigenschaften: Eine typische Gusslegierung, die sich durch Silizium und Magnesium hervorragend schweißen und damit auch additiv verarbeiten lässt.
• Anwendungen: Wärmetauscher, Leichtbauteile in der Automobilindustrie, Gehäuse.

6.2 Scalmalloy (Al-Mg-Sc)

• Eigenschaften: Eine spezielle, für den 3D-Druck entwickelte High-Performance-Legierung mit Scandium. Bietet fast die Festigkeit von Titan bei der Dichte von Aluminium.
• Anwendungen: Robotik, Aerospace, High-End-Motorsport.

7. Kupfer und Kupferlegierungen

Lange Zeit galt Kupfer aufgrund seiner hohen Reflektivität (Infrarotlaser werden abgewiesen) als "undruckbar". Durch die Einführung von grünen Lasern (z.B. TRUMPF) und verbesserten Prozessparametern ist dies nun gelöst.

7.1 Reines Kupfer (Cu) und CuCr1Zr

• Eigenschaften: Maximale elektrische und thermische Leitfähigkeit.
• Anwendungen: Induktionsspulen, Wärmetauscher, Bauteile für Elektromotoren (E-Mobilität), Raketendüsen.