Der Hauptunterschied zwischen Feinguss und Metall-3D-Druck ist die Art und Weise, wie Teile geformt werden. Beim Feinguss werden Metallteile hergestellt, indem geschmolzenes Metall in wachsbasierte Formen gegossen wird, während beim Metall-3D-Druck Teile Schicht für Schicht anhand digitaler Designs aufgebaut werden. 3D-Druck ermöglicht schnelleres Prototyping und geometrische Freiheit; Gießen liefert bessere Oberflächenfinish und Materialstärke.
Feinguss ist ein Präzisionsfertigungsverfahren Dabei wird geschmolzenes Metall in eine Keramikform gegossen, die aus einem Wachsmodell geformt wurde. Nachdem das Wachs geschmolzen und abgetropft ist, wird die Form mit Metall gefüllt, um komplexe, detailreiche Komponenten herzustellen.
Geschmolzenes Wachs wird in den Formhohlraum eingespritzt, um eine Wachsmuster. Nach dem Erstarren werden diese Muster aus der Form entfernt. Mehrere Wachsmuster werden dann auf einem zentralen Wachskanalsystem zusammengesetzt und bilden einen „Baum“ oder Cluster.
Die Wachsbaumanordnung wird wiederholt in einen Keramikschlicker getaucht und anschließend mit feinem Keramiksand beschichtet. Jede Schicht wird trocknen gelassen, bevor die nächste aufgetragen wird. Dieser Vorgang wird typischerweise 6 bis 9 Mal wiederholt, wodurch eine robuste Keramikhülle um die Wachsmuster entsteht.
Sobald die Keramikschale ausreichend ausgehärtet ist (oft nach 24 bis 36 Stunden Trocknungszeit), wird das Wachs im Inneren entfernt. Dies geschieht üblicherweise mit einem Dampfautoklaven, in dem hoher Druck und Dampfhitze das Wachs aus der Keramikschale schmelzen und einen Hohlraum in der Form hinterlassen.
Die hohle Keramikschale wird in einem Hochtemperaturofen gebrannt, typischerweise bei etwa 1000 °C bis 1100 °C (1832 °F bis 2012 °F). Anschließend wird geschmolzenes Metall der gewünschten Legierung in die vorgeheizte Keramikform gegossen und füllt den Hohlraum, der zuvor von den Wachsmodellen eingenommen wurde.
Nachdem das geschmolzene Metall erstarrt und ausreichend abgekühlt ist, wird die Keramikschale vom Metallgussteil abgebrochen. Dies geschieht typischerweise durch Vibration, Wasserstrahlen oder manuelles Hämmern. Die einzelnen Metallteile werden dann mit Sägen oder Trennscheiben aus dem zentralen Gießkanalsystem (dem Metallbaum) herausgeschnitten.
Die Gussteile werden verschiedenen Endbearbeitungsvorgängen unterzogen. Dazu gehört oft das Entfernen der Angusszapfen (wo die Teile am Kanal befestigt waren) durch Schleifen oder spanende Bearbeitung.
Beim 3D-Metalldruck werden Teile Schicht für Schicht direkt aus digitalen Dateien aufgebaut, ohne dass Formen oder Werkzeuge erforderlich sind. Diese additive Fertigungstechnologie erzeugt komplexe Geometrien, die mit herkömmlichen Methoden nicht möglich wären.
Mithilfe einer CAD-Software wird ein 3D-Modell des Teils erstellt und anschließend in ein von der DMLS-Maschine lesbares Format konvertiert, typischerweise eine STL-Datei (Standard Tessellation Language). Diese Datei wird dann in zahlreiche dünne Querschnittsschichten zerlegt.
Die Baukammer der DMLS-Maschine wird vorbereitet. Dazu wird sie mit einem Inertgas (z. B. Argon oder Stickstoff) gefüllt, um die Oxidation des Metallpulvers bei erhöhten Temperaturen zu verhindern. Die Bauplattform wird nivelliert und das ausgewählte Metallpulver in den Behälter der Maschine gefüllt.
Eine Beschichtungsklinge oder -walze verteilt eine dünne, gleichmäßige Schicht aus feinem Metallpulver (normalerweise 20 bis 50 Mikrometer dick) auf der Bauplattform.
Der Drucker verteilt eine dünne Pulverschicht auf der Bauplattform. Ein Hochleistungslaser (200–1,000 Watt) schmilzt das Pulver selektiv gemäß dem programmierten Muster. Die Plattform senkt sich um eine Schichtdicke ab, und der Vorgang wiederholt sich bis zum Abschluss.
Nach Abschluss des Baus kühlt das in losem Pulver eingeschlossene Teil in der Baukammer ab. Anschließend wird die Bauplattform entfernt und das Teil aus dem umgebenden, nicht verschmolzenen Pulver herausgelöst.
Überschüssiges Pulver wird vom Teil entfernt (und kann oft recycelt werden). Stützstrukturen, die oft erforderlich sind, um das Teil auf der Bauplatte zu verankern und überhängende Strukturen während des Drucks zu stützen, werden anschließend entfernt.
| Merkmal | Feinguss | Metall-3D-Druck (DMLS/SLM) |
|---|---|---|
| Design | Hoch, gut für komplizierte Formen | Sehr hoch, zeichnet sich durch interne Funktionen, Gitter |
| Vorlaufzeit (Prototypen) | Mittel bis lang (Wochen, auch bei 3D-gedruckten Mustern) | Kurz (Tage bis eine Woche) |
| Vorlaufzeit (hohes Volumen) | Kurz pro Teil (nach der Werkzeugherstellung) | Mittel bis lang (pro Teil, die Bauzeit ist ein Faktor) |
| Werkzeugkosten | Sehr hoch (für Spritzgussformen) | Vernachlässigbar (werkzeuglos) |
| Materialkosten (pro Teil) | Niedrig bis mittel (Massenlegierungen) | Hoch bis sehr hoch (Spezialpulver) |
| Kosten (geringe Menge) | Hoch (aufgrund der Werkzeugamortisierung) | Mittel bis Hoch (abhängig von Material/Maschinenzeit) |
| Kosten (hohes Volumen) | Niedrig (Skaleneffekte) | Hoch (weniger skalierbare Kostensenkung) |
| Maximale Teilegröße | Sehr groß | Klein bis mittel (begrenzt durch Baukammer) |
| Typische Oberflächenbeschaffenheit (im Istzustand) | Gut (z. B. Ra 3.2–3.8 µm) | Mittelmäßig bis gut (z. B. Ra 6–10 µm), Schichtlinien sichtbar |
| Mechanische Festigkeit (allgemein) | Ausgezeichnet, isotrop | Gut bis ausgezeichnet, kann eine nahezu isotrope Nachbehandlung sein |
| Materialauswahl | Sehr breit (die meisten gießbaren Legierungen) | Breit, aber eingeschränkter als IC |
