Metall als Fertigungsmaterial

Stähle

Stähle entstehen durch Legieren von Eisen und Kohlenstoff, sowie anderer Legierungsbestandteile und sind in unserer modernen Gesellschaft unverzichtbar. Durch die Wahl der miteinander verschmolzenen Elemente lassen sich die Eigenschaften der Stähle individuell anpassen. Hierdurch gibt es für beinahe jede Anwendung einen individuell passenden Stahl. Stähle zeichnen sich vor allem durch ihre hohe Festigkeit und Härte aus, und können durch unterschiedliche Fertigungsverfahren in nahezu jede Form gebracht werden.

Anhand der Legierungsbestandteilen lassen sich Stähle in verschiedene Unterkategorien einordnen. Zeichnet sich ein Stahl beispielsweise durch einen besonderen Reinheitsgrad aus wird er zur Gruppe der Edelstähle gezählt. Enthält die Legierung zusätzlich einen Chromanteil von ≥10,5%, weist der Edelstahl die bekannten rostfreien Eigenschaften auf. Die Höhe des Chromanteils bestimmt in diesem Zusammenhang die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs. 

Sogenannte Werkzeugstähle zeichnen sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften, eine hohe Verschleißfestigkeit sowie Zähigkeit und Härte aus. Um die gewünschten Materialeigenschaften einzustellen, können Bauteile aus Stahlwerkstoffen zusätzlich einer Wärmebehandlung unterzogen werden, und so die Festigkeit, die Härte oder die Verformbarkeit des Stahls gesteigert werden.

Klassischer Weise werden Stähle durch Schmieden oder Spanende Fertigungsverfahren verarbeitet, wie z.B. CNC-Fräsen. Zusätzlich können Stahlbauteile auch durch additive Fertigungsverfahren hergestellt werden.

Kupfer

Der Werkstoff Kupfer wird bereits seit Tausenden von Jahren eingesetzt und gehört zu den Edelmetallen. Kupfer zeichnet sich vor allem durch seine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aus. Die hohe elektrische Leitfähigkeit von 58 MS/m, kombiniert mit einer hohen plastischen Verformbarkeit, machen Kupfer zu einem der wichtigsten Werkstoffe für elektrotechnische Anwendungen. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit sowie gute Korrosionsbeständigkeit eignet sich Kupfer außerdem ideal für Bauteile mit wärmenden oder kühlenden Funktionen. Neben der Verwendung von reinem Kupfer, welches die höchsten Leitfähigkeitswerte aufweist, kommen je nach Anwendung auch Kupferlegierungen zum Einsatz. Je nach zulegierten Werkstoffen können beispielsweise die Festigkeit und Steifigkeit verbessert werden, hierbei sinken allerdings die spezifische Leitfähigkeit. 

Kupfer kommt üblicherweise in Form von Kabeln, Blechzuschnitten, gebogenen Strangprofilen, oder zerspantem Vollmaterial zum Einsatz. Zusätzlich bietet der Protiq Marketplace auch additiv gefertigte Kupferbauteile an.

Aluminium

Aluminium zählt zu den Leichtmetallen und findet in vielen industriellen und alltäglichen Bereichen Anwendung. Das geringe spezifische Gewicht macht Bauteile aus Aluminium besonders für den Leichtbau interessant. Je nach Anwendungsgebiet und Herstellverfahren gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Aluminiumlegierungen, die sich in ihren mechanischen Eigenschaften unterscheiden. Je nach Legierungszusammensetzung können die Aluminiumbauteile durch eine thermische Behandlung zusätzlich gehärtet werden oder nicht. 

Spezielle Aluminiumguss-Legierungen eigenen sich besonders gut für das Aluminiumdruckgießen und werden bei Bauteilen mit sehr großen Stückzahlen eingesetzt. Die Bauteile verfügen über eine hohe Festigkeit sind allerdings nicht so korrosionsbeständig wie andere Legierungen.

Andere Legierungen, sog. Knetlegierungen, sind speziell für umformende und spanende Bearbeitung ausgelegt, z. B. das CNC-Drehen und -Fräsen. Diese Aluminiumsorten verfügen über die höchsten Festigkeiten und werden bevorzugt bei Strangprofilen und bei hochgelasteten Bauteilen eingesetzt. 

Zu den weiteren maßgeblichen Eigenschaften von Aluminium gehören außerdem die sehr gute Elektrische und Thermische Leifähigkeit und die hohe Korrosionsbeständigkeit.

Aluminium lässt sich neben den klassischen Fertigungsverfahren sehr gut additiv verarbeiten.

Zink

Zink ist ein wird in reiner Form hautsächlich in der Batteriefertigung und bei der Beschichtung von Eisen und Stahlwerkstoffen zum Korrosionsschutz eingesetzt.

Als genormte Zinklegierung (Z410, Zamak 5) wird der Werkstoff auch in großem Umfang im Zinkdruckgießen verarbeitet. Hierdurch werden, zusammen mit dem Aluminiumdruckguss, ein Großteil der Metallbauteile des alltäglichen Bedarfs hergestellt, die in sehr großen Stückzahlen benötigt werden. Die Gussteile aus Zink bieten eine hohe Maßhaltigkeit, gute Mechanische Eigenschaften und können durch eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung eine hochwertige Optik aufweisen. Gegenüber Kunststoffbauteilen verfügen Zinkbauteile über eine hochwertigere Haptik und Optik sowie über bessere mechanische Eigenschaften.

Für kleine Stückzahlen ist die Fertigung im Zinkdruckguss-Verfahren meist nicht wirtschaftlich. Für Prototypen und kleine Serien, vor der angedachten Großserie eignet sich alternativ das Feingießen oder die Additive Fertigung.

Messing

Der goldgelbe Werkstoff Messing ist eine Kupferlegierung mit einem hohen Zinkanteil. Die goldgelbe Färbung geht mit sinkendem Zinkanteil in goldrot über und lässt die Materialeigenschaften vom Kupfer stärker hervortreten. Aufgrund ihres Erscheinungsbildes werden Messinge deshalb in die Gruppe der Buntmetalle eingeordnet. Charakteristisch für diesen Werkstoff ist die gute Zerspanbarkeit, die hohe Korrosionsbeständigkeit und die gute Wärmeleitfähigkeit. Insbesondere in Kombination mit Stahlbauteilen eignet sich Messing durch seine selbstschmierenden Eigenschaften z.B. für Gleitlager, Zahnräder und Führungen.

Durch seine goldene Farbe eignet sich Messing außerdem für Anwendungen im Deko- und Schmuck-Bereich. Diese individuellen, meist sehr komplexen Teile eignen sich sehr gut für die Herstellung mittels additiver Fertigung.