Grüner Laser druckt Kupfer und Gold

Der neueste 3D-Drucker von Trumpf verarbeitet wesentlich mehr Materialien als herkömmliche Anlagen. Auf der internationalen Fachmesse Formnext in Frankfurt präsentiert das deutsche Technologieunternehmen etwa, wie die TruPrint 5000 mit einer Vorheizung von 500 Grad Bauteile aus Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil oder Titanlegierungen druckt, ohne dass sie reißen oder sich stark verziehen. „Werkzeug- und Formbauer können nun problemlos Umformwerkzeuge, Stempel oder Matrizen drucken. Ohne Vorheizung war das bisher nicht möglich“, sagt Tobias Baur, technologischer Leiter Additive Manufacturing bei Trumpf.

Außerdem verarbeitet das Unternehmen mit einem neuen grünen Laser mit Pulsfunktion erstmals Reinkupfer und Edelmetalle im 3D-Drucker. „Das macht den Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau attraktiv, denn aus Reinkupfer lassen sich besonders leitfähige Induktoren oder Wärmetauscher drucken“, sagt Baur. Ebenfalls großes Potenzial habe der grüne Laser für den Druck in Gold für die Schmuckindustrie. Hier lassen sich auf Abruf individuelle Einzelstücke herstellen und gleichzeitig teures Material sparen.

Vorheizung mildert Temperatursturz ab

Oft geht es beim 3D-Druck ums Detail: So arbeiten Werkzeug- und Formenbauer häufig mit dem kohlenstoffhaltigen Werkzeugstahl 1.2343. Das Material ist äußerst hart, verschleißfest und führt Wärme besonders gut ab. Allerdings ließ es sich bisher nicht im 3D-Drucker verarbeiten, weil die Bauteile beim Drucken reißen. „Der Laserstrahl schmilzt das Bauteil an der Oberfläche auf, danach herrscht wieder Raumtemperatur. Diesem Temperatursturz hielt das Bauteil bislang nicht stand und es kam zu Rissen“, sagt Baur.

Die Substratplatte des 3D-Druckers TruPrint 5000 lässt sich deshalb auf 500 Grad vorheizen. Das mildert den Temperatursturz nach dem Laserschmelzen. „Die Materialqualität und die Oberfläche ist bei kohlenstoffhaltigen Stählen deutlich besser als ohne Vorheizung. Das verhindert Brüche im Bauteil“, erklärt Baur.

Fertige Implantate aus dem Drucker

Auch für additiv gefertigte Prothesen und Implantate bietet die Vorheizung große Vorteile. „Wenn die Umgebungstemperatur zu stark fällt, verzieht sich das Bauteil und wir müssen es nachbearbeiten. Außerdem benötigen wir oft Stützstrukturen, die wir mühsam auf- und abbauen“, sagt Baur. Die Vorheizung reduziere die Spannungen, steigere die Bearbeitungsqualität und mache in vielen Fällen Stützstrukturen überflüssig. Nachgelagerte Wärmebehandlungen lassen sich oft reduzieren. Das Titan werde zudem belastbarer und die Implantate langlebiger.

Weltpremiere im Kupferdruck

Mit Hilfe eines grünen Lasers mit Pulsfunktion zeigt Trumpf auf der Formnext erstmals, wie sich Reinkupfer und andere Edelmetalle drucken lassen. Dafür haben die Entwickler den neuen Scheibenlaser TruDisk 1020 an den 3D-Drucker TruPrint 1000 angebunden. „Herkömmliche Anlagen arbeiten mit einem Infrarotlaser als Strahlquelle. Dessen Wellenlänge ist aber zu groß und kann stark reflektierende Werkstoffe wie Kupfer oder Gold nicht schweißen. Mit dem Laserlicht im grünen Wellenlängenbereich ist das möglich“, sagt Thomas Fehn, als Leiter Trumpf Additive Manufacturing zuständig für Vertrieb. Dies eröffne neue Möglichkeiten für den 3D-Druck, zum Beispiel in der Elektronikbranche oder der Automobilindustrie, so Fehn.

Individueller Schmuck mit wenig Materialverlust

Der Einsatz des grünen Lasers lohne sich insbesondere auch in der Schmuckindustrie. „Der 3D-Drucker verschwendet kein teures Gold oder Silber“, sagt Fehn. Deshalb sei Drucken oft kostengünstiger als das Schmuckstück mit hohem Materialverlust zu fräsen oder zu gießen.