Additive Fertigung von Aluminiumlegierungen

A: Eine Aluminiumlegierung ist eine Metallmischung, bei der Aluminium den Hauptbestandteil darstellt. Zu den weiteren Elementen, die Aluminium typischerweise zugesetzt werden, gehören: Kupfer, Magnesium, Mangan, Silizium, Zinn, Nickel, Zink.

Aluminium wird selten in reiner Form verwendet, da es weich und schwach ist. Die anderen Elemente verbessern seine mechanischen Eigenschaften und machen es für verschiedene Anwendungen geeignet.

A: Bei der Herstellung ist Aluminium selten rein. Stattdessen bilden Hersteller Legierungen, die die Festigkeit und Steifigkeit von Aluminium drastisch erhöhen und gleichzeitig seine anderen wünschenswerten Eigenschaften beibehalten. Sowohl Profis als auch Laien ziehen häufig Vergleiche zwischen Aluminium und Stahl, da beide Metalle für eine so große Vielfalt an Produkten verwendet werden.

Aber der Vergleich von Aluminium mit Stahl ist ein bisschen wie der Vergleich von Äpfeln mit Birnen: Stahl ist bereits eine Legierung, während Aluminium ein Element ist. Kohlenstoffstahl, eine grundlegende Stahllegierung, besteht aus Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C). Reinaluminium ist trotz seiner vielen überzeugenden Eigenschaften zu weich und nicht stark genug für die meisten industriellen Anwendungen. Aber Aluminiumlegierungen können dreißigmal stärker sein als reines Aluminium und übertreffen regelmäßig Stahl im Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht.

A:Aluminium vs. Edelstahl: Hauptunterschiede

• Stärke

Edelstahl ist schwerer und fester als Aluminium. Tatsächlich wiegt Aluminium etwa ein Drittel des Gewichts von Stahl. Obwohl Edelstahl stärker ist, weist Aluminium ein viel besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf als Edelstahl.

• Leitfähigkeit

Stahl ist aufgrund seiner dichten schützenden Oxidschicht ein schlechter Stromleiter. Andererseits ist Aluminium ein sehr guter elektrischer und thermischer Leiter.

• Kosten

Aluminium ist teurer als Edelstahl, wenn man den Preis auf der Grundlage des Gewichts betrachtet. Betrachtet man jedoch den Preis nach Volumen, ist Aluminium kostengünstiger, da man mehr Produkt erhält.

• Hitzebeständigkeit

Beim Vergleich von Edelstahl mit Aluminium weist Edelstahl mit einem Schmelzpunkt von 2500 °F eine viel bessere Hitzebeständigkeit auf, während Aluminium bei etwa 400 °F mit einem Schmelzpunkt von 1220 °F sehr weich wird. Allerdings ist Aluminium bei kalten Temperaturen gegenüber Stahl im Vorteil. Mit sinkender Temperatur steigt die Zugfestigkeit von Aluminium, während Stahl bei niedrigen Temperaturen spröde wird.

• Korrosionsbeständigkeit

Aluminium rostet nicht; Allerdings korrodiert es, wenn es Salz ausgesetzt wird. Edelstahl ist äußerst korrosionsbeständig und rostet nicht so leicht. Darüber hinaus ist Edelstahl nicht porös, was ihm eine höhere Korrosionsbeständigkeit verleiht.

• Umweltverträglichkeit, Recyclingfähigkeit

Edelstahl ist für seine gute Recyclingfähigkeit bekannt. Laut Napa Recycling ist Stahl das am häufigsten recycelte Material der Welt. Es verfügt über ausgeprägte magnetische Eigenschaften, die es zu einem einfachen Material machen, das aus dem Abfallstrom zum Recycling zurückgewonnen werden kann. Darüber hinaus bleiben die Eigenschaften von Stahl unverändert, egal wie oft der Stahl recycelt wird.

Obwohl Stahl das am häufigsten recycelte Material ist, ist Aluminium von allen Materialien das am besten recycelbare Material. Tatsächlich ist weggeworfenes Aluminium wertvoller als jedes andere Material in Ihrer Recyclingtonne. Fast 75 % des gesamten in den USA produzierten Aluminiums werden heute noch verwendet, da Aluminium in einem echten geschlossenen Kreislauf immer wieder recycelt werden kann. Um mehr über das Recycling von Aluminium zu erfahren, besuchen Sie die Aluminium Association.

• Unterschiedliche Anwendungen von Aluminium vs. Stahl

Aluminium und Stahl sind überall. Wenn Sie sich an einer bestimmten Stelle umsehen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie etwas sehen, das eines dieser Metalle enthält. Nachfolgend sind einige häufige Anwendungen von Edelstahl und Aluminium aufgeführt.

A: Vor- und Nachteile von Aluminium

Vorteile

• Es ist eine günstigere Option
• Geruchlos und undurchlässig
• Reflexionsfähigkeit und Flexibilität
• Hohe Bearbeitbarkeit und Recyclingfähigkeit
• Korrosionsbeständigkeit
• Hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit

Nachteile

• Schwieriger Schweißprozess
• Korrodiert in Salzwasser schnell
• Es kann den Geschmack verpackter Lebensmittel beeinträchtigen

A: Obwohl Aluminium und Titan eine ausgezeichnete Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen sind, sind sie nicht für jedes Projekt geeignet. Bevor Sie ein Metall für Ihre individuellen Anwendungen auswählen, müssen Sie mehrere Faktoren berücksichtigen, darunter die folgenden:

Anwendungen

Die jeweiligen Eigenschaften von Titan und Aluminium machen sie ideal für verschiedene Anwendungen. Titan eignet sich beispielsweise perfekt für Anwendungen, die hitzebeständige Materialien erfordern. Dazu gehören medizinische Anwendungen, Satellitenkomponenten, Schiffskomponenten und Vorrichtungen.

Mittlerweile eignet sich Aluminium für Fahrzeug- und Fahrradrahmen, Kühlkörper, elektrische Leiter, kleine Boote und andere Anwendungen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit erfordern.

Optionale Bearbeitbarkeitsprozesse

Das Material, das Sie für Ihr Projekt auswählen, bestimmt die Geometrie Ihrer Endprodukte. Außerdem wird die Bearbeitungsmethode bestimmt, die bei der Herstellung Ihrer Teile für das Material verwendet wird. Aluminium ist mit einer Vielzahl von Prozessen besser kompatibel. Es bietet hochwertige Komponenten für den Fall, dass Teile schnell hergestellt werden müssen.

Außerdem ist dieses Material einfacher zu verarbeiten als Titan und die bessere Option für die Herstellung komplizierter Teile mit engen Toleranzanforderungen.

Kosten

Die Produktionskosten sind einer der grundlegenden Faktoren, die Sie bei der Auswahl eines Metalls für Ihr Projekt berücksichtigen müssen. Im Allgemeinen ist Aluminium ein kostengünstiges Metall, das für die Präzisionsbearbeitung und viele andere Prototyping-Prozesse verwendet wird. Die Herstellung von Bauteilen ist mit Aluminium oft günstiger als mit Titan.

Titan hat im Vergleich zu Aluminium hohe Gewinnungs- und Herstellungskosten. Sein hoher Preis schränkt seine Anwendung ein. Allerdings ist Titan ein ideales Material für Ihre Bearbeitungszwecke, wenn die Bearbeitungskosten von Titan keine Herausforderung darstellen.

Gewicht und Stärke

Weitere Unterschiede zwischen diesen Metallen sind das Gewicht und die Festigkeit von Titan und Aluminium. Titan hat eine Dichte von 4500 kg/m3 im Gegensatz zu 2712 kg/m3 Aluminium. Daher ist Titan im Vergleich zu Aluminium schwerer. Das bedeutet, dass Sie bei der Bearbeitung weniger Titan benötigen, um ein leichtes Produkt zu erhalten.

Wenn es um die Festigkeit geht, ist Titan die bessere Wahl. Seine Zugfestigkeit variiert zwischen 230 MPa und 1400 MPa im Vergleich zu Aluminium, wo die Spanne zwischen 90 MPa und 690 MPa liegt. Reines Titan hat eine geringe Leistung, während reines Aluminium schwächer ist. Sie können Aluminium jedoch je nach Bedarf mit anderen Metalllegierungen kombinieren, um die Festigkeit zu erhöhen.

Produzierter Abfall

Bearbeitungsverschwendung ist ein weiterer entscheidender Faktor bei der Abwicklung komplexer Design-Geometrie-Projekte. Komplexe Designgeometrien können Ihre Bearbeitungsmethode einschränken, unabhängig vom gewählten Material. Dadurch wird das Abfräsen von überschüssigem Material unumgänglich. Manchmal verwenden die meisten Hersteller Aluminium für den Prototypenbau und Titan für die Kleinserienfertigung von Spezialprodukten. In den meisten Fällen ist die Wahl von kostengünstigem Aluminium gegenüber Titan ratsam, da dies zur Reduzierung der Gesamtkosten beiträgt.

Ästhetische Anforderungen

Bei einigen gefrästen Teilen ist zur ästhetischen Veredelung häufig das Auftragen spezieller Farben erforderlich. Titan verleiht der Oberfläche eine silberne Optik, die im Licht dunkler erscheint. Mittlerweile hat Aluminium ein silbrig-weißes Aussehen. Das von Ihnen gewählte Material bestimmt, ob Ihr Produkt eine silberne oder mattgraue Farbe hat. Allerdings können für beide Materialien verschiedene andere Verfahren zur Oberflächenveredelung von Metallen angewendet werden, wie z. B. Perlenstrahlen, Polieren, Verchromen usw.

Abschluss

Titan und Aluminium sind Metalle mit bemerkenswerten Eigenschaften, jeweiligen Vorteilen und Anwendungen. Obwohl sie fast ähnliche Eigenschaften haben, gibt es einzelne Anwendungen, für die das eine besser geeignet ist als das andere. Während sich Titan ideal für hitzebeständige Anwendungen eignet, verfügt Aluminium über die beste Wärmeleitfähigkeit, die Ihr Projekt benötigt.

A: Beide Metalle verfügen über hervorragende Haltbarkeitseigenschaften und können über einen längeren Zeitraum verwendet werden. Dennoch steht Titan in puncto Haltbarkeit und Steifigkeit an erster Stelle. Seine Komponenten halten jahrelang ohne Verschleißerscheinungen. Titan verfügt über eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und hält länger, da es Belastungen standhält.

A: Es ist ziemlich einfach, Titan von Aluminium anhand ihrer spezifischen Farben zu unterscheiden. Titan hat eine dunkelsilberne Farbe, während Aluminium auf mehreren Oberflächen normalerweise von silberweiß bis mattgrau variiert. Zudem fühlt sich Titan deutlich härter an als Aluminium. Aluminium reibt beim Feilen normalerweise einen Klumpen weichen Materials ab, Titan dagegen nicht.

A: Das AlSi7Mg-Material hat aufgrund des geringeren Volumenanteils von Si einen schwächeren Mischkristall-Härtungseffekt, was zu einer geringeren Zugfestigkeit, geringeren Härte und höheren Dehnung als das AlSi10Mg-Material führt. Nach der Wärmebehandlung nahmen die Zug- und Streckgrenze beider Materialien ab und die Dehnung nahm zu.

A: AlSi10Mg ist eine Aluminiumlegierung mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften in Kombination mit geringer Dichte, Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneter Gießbarkeit und bietet gleichzeitig leichte und flexible Nachbearbeitungsmöglichkeiten.

Aufgrund seiner hohen Festigkeit, relativ hohen Härte und hohen Wärmeleitfähigkeit wird es für hochbeanspruchte Teile eingesetzt.

Zu den Anwendungen gehören Gehäuse und Leitungen, Motorteile, Produktionswerkzeuge und Formen für Prototypen- und Fertigungszwecke.

A: Die am häufigsten verwendeten MIG-Aluminium-Schweißdrähte sind ER4043 und ER5356. ER4043 ist ein Allzweck-MIG-Schweißdraht zum Schweißen der Aluminiumlegierungen 2014, 3003, 3004, 4043, 5052, 6061, 6062 und 6063. Die Schweißnähte bieten eine hohe Duktilität und eine hervorragende Rissbeständigkeit.

A: Im Allgemeinen umfassen die in Metall-3D-Druckern verwendeten Metallpulver Werkzeugstahl, Edelstahl, martensitischen Stahl, reines Titan und Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Legierungen auf Nickelbasis, Legierungen auf Kupferbasis, Kobalt-Chrom-Legierungen usw.

A: Legierung 3003: Die am häufigsten verwendete Aluminiumlegierung. Ein handelsüblich reines Aluminium mit Manganzusatz zur Erhöhung der Festigkeit (20 % stärker als die Sorte 1100). Es verfügt über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit. Diese Sorte kann tiefgezogen oder gedreht, geschweißt oder gelötet werden.