3D-Metall-Druck Automatisiertes Nachbearbeitungsverfahren von Cold-Metal-Fusion-Bauteilen

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Im Forschungsprojekt Auto-Smooth wollen die Teilnehmer AM Solutions, Neue Materialien Bayreuth und Headmade Materials eine durchgängige Prozesskette für ein automatisiertes Nachbearbeitungsverfahren von (CMF)-Bauteilen schaffen, die perfekt auf das Cold-Metal-Fusion (CMF)-Verfahren abgestimmt ist.

Bereits die ersten Auto-Smooth-Ergebnisse haben in der 3D-Druckbranche für Aufsehen gesorgt: Durch eine im ersten Projektabschnitt entwickelte Technologie zur Entpulverung und Oberflächenbearbeitung im Grünteilzustand verkürzte sich die Nachbearbeitung von CMF-Bauteilen im Vergleich zu konventionellen Verfahren erheblich. Neue Untersuchungen bestätigen nun das Potenzial der Technologie und erweitern es um den entscheidenden Faktor der Feedstock-Wiederverwendung. Ein zentraler Fokus der aktuellen Forschung liegt auf der automatisierten Aufbereitung und Wiederverwendbarkeit des Feedstocks, also des mit einem Polymer-Binder versetzten Metallpulvers, das die Materialgrundlage beim CMF-Prozess bildet. Frühere Analysen hatten bereits gezeigt, dass dieses Material grundsätzlich recycelbar ist. Die jüngsten Ergebnisse gehen jedoch weit darüber hinaus.

Recyclingquote 100 Prozent: Feedstock-Wiederverwendung als wirtschaftlicher und ökologischer Durchbruch

„Derzeit spricht alles für eine vollständige, also zu 100 Prozent mögliche, Wiederverwendung des Feedstocks“, erklärt Sven Amon, Projektingenieur bei Rösler, der das Auto-Smooth-Projekt leitet und seit fast einem Jahrzehnt an der Automatisierung und den Möglichkeiten der industriellen Anwendung der additiven Fertigung forscht und arbeitet. „Das ist ein Meilenstein, denn bislang konnte beim manuellen Entpulvern bzw. Feinentpulvern je nach Bauteilgeometrie nur ein Teil des Feedstocks wiederverwendet werden.“

Aktuell wird durch Neue Materialien Bayreuth im Detail untersucht, wie sich die Wiederverwendung des im Auto-Smooth-Verfahren aufbereiteten Materials auf seine Langzeitperformance auswirkt. Eine umfassende Lebenszyklusanalyse des Verfahrensmittels wird bis Mitte kommenden Jahres erwartet. Parallel dazu laufen Versuchsreihen zur Ermittlung der mechanischen Kennwerte von Bauteilen aus recyceltem Feedstock – mit besonderem Fokus auf statische Belastbarkeit, Wechselfestigkeit und Biegewechselfestigkeit. Diese Untersuchungen werden intensiv durch Headmade Materials, dem Erfinder der Cold-Metal-Fusion-Technologie, begleitet.

3D-Metall-Druck

Effiziente Serienfertigung von Metallbauteilen

Durch die vollständige Wiederverwertbarkeit des Feedstocks eröffnet sich ein enormes Einsparpotenzial: Was bisher als Abfall galt, wird nun zum Wertstoff. Der geschlossene Materialkreislauf senkt die Materialkosten massiv, da der überschüssige Metallpulver-Feedstock, der nicht verdruckt wird, praktisch unbegrenzt nutzbar bleibt. Zusammen mit den deutlich sinkenden Entsorgungskosten ergibt sich eine wirtschaftliche Hebelwirkung, die den 3D-Metalldruck mit CMF noch attraktiver für die Serienproduktion macht.

Verfahrensmittel vollständig recyceln und wiederverwenden

Auch ökologisch ist der Effekt enorm: Die 100-prozentige Wiederverwendung reduziert den CO₂-Fußabdruck der gesamten Prozesskette signifikant und sorgt für ein nachhaltiges, ressourceneffizientes Fertigungssystem. Selbst das speziell auf die Technologie abgestimmte Verfahrensmittel kann nach Reinigung und Absiebung vollständig recycelt und wiederverwendet werden. Dies ist ein weiterer Hebel für Kostensenkung und Umweltentlastung.

Mit dieser doppelten Wirkung aus Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit setzt Auto-Smooth neue Maßstäbe im industriellen 3D-Metalldruck. Die Möglichkeit, wertvolle Rohstoffe nahezu verlustfrei im Kreislauf zu führen, könnte sich als einer der größten Durchbrüche für die Wirtschaftlichkeit additiver Metallfertigung erweisen.

Patentierte Werkstückaufnahme für empfindlichste Bauteile

Neben der Nachbearbeitung steht auch das Handling besonders komplexer Grünteile im Fokus der Forschung. Komplexe Grünteile können nicht mit konventionellen Spannmethoden befestigt werden. Diese Bauteile sind so filigran, dass sie beim herkömmlichen Strahlprozess mit Drehkorb beschädigt würden. Das Team um Sven Amon hat dafür eine clevere Lösung entwickelt: Die empfindlichen Bauteile werden in ein speziell gedrucktes Netz eingebettet, das in die Nachbearbeitungsanlage eingespannt wird. Dieses patentierte Handlingsystem ist vollständig automatisierbar und ermöglicht eine serielle Bearbeitung auch bei hochkomplexen Strukturen – ein weiterer Schritt hin zur durchgängigen Automatisierung.

„Das Interesse an der CMF-Technologie wächst stetig – entgegen dem allgemeinen Trend in der additiven Branche“, berichtet Projektleiter Sven Amon. „Das liegt daran, dass CMF den Metalldruck wirtschaftlich macht, gerade im Prototyping und in der Serienfertigung. Durch das neue Post-Processing-Verfahren Auto-Smooth kann das Verfahren nun sein volles Potenzial entfalten.“

Herstellung hochanspruchsvoller Bauteile wird industriell skalierbar

Das Projekt, das noch bis Sommer 2026 läuft, bildet die Basis für eine neue, vollautomatische Nachbearbeitungsanlage von AM Solutions. Erste Testbearbeitungen in einer Versuchsanlage liefern bereits vielversprechende Ergebnisse. In den nächsten Monaten sollen die Ergebnisse der Feedstock-Analytik in die Versuchsanlage einfließen. „Mit der Anlage, die wir auf Basis der Forschungsergebnisse zukünftig entwickeln wollen, erweitern wir unseren bewährten 2-in-1-Ansatz, sprich Entpulverung und Glättung, um den Aspekt Nachhaltigkeit. Das Ergebnis ist ein 3-in-1-Prozess, der exakt auf die Bedürfnisse von Metalldruck-Kunden zugeschnitten ist“, so Amon. „Damit machen wir die Herstellung hochanspruchsvoller Bauteile – etwa von Impellern – wirtschaftlich und industriell skalierbar. Ein entscheidender Schritt, durch den sich CMF endgültig als führendes 3D-Metalldruckverfahren etablieren wird.“

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