Der 3D-Druck mit Inconel ist ein fortschrittliches Fertigungsverfahren zur Herstellung von hochtemperaturbeständigen, korrosionsbeständigen Bauteilen aus Nickel-Superlegierungen unter Verwendung additiver Technologien. Zwar gibt es verschiedene additive Verfahren, doch wurde das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) speziell für die Herstellung großer, nahezu endkonturgenauer Inconel-Bauteile mit einer Spannweite von mehreren Metern entwickelt.
Für kritische Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, Energie sowie Öl und Gas bietet die Möglichkeit, große Bauteile aus Nickel-Superlegierungen schnell und ohne lange Vorlaufzeiten in der Gießerei herzustellen, einen entscheidenden Vorteil in der Lieferkette. Dieser Leitfaden behandelt die spezifischen Inconel-Sorten, die im MX3D-Verfahren gedruckt werden (Inconel 625 und 718), das fortschrittliche WAAM-Verfahren und die erforderlichen Wärmebehandlungen nach dem Schweißen, detaillierte mechanische Eigenschaften sowie die erfolgreiche Bestellung schwerer Inconel-Teile auf Abruf.
Kann Inconel im 3D-Druckverfahren gedruckt werden?
Inconel lässt sich mithilfe verschiedener industrieller additiver Fertigungsverfahren erfolgreich im 3D-Druck herstellen. Die Wahl der Technologie bestimmt jedoch die Größe und die Wirtschaftlichkeit des Endbauteils.
Pulverbett-Fusionssysteme eignen sich gut für den Druck kleiner, hochkomplexer Inconel-Bauteile mit feinen inneren Strukturen. Wenn im Maschinenbau jedoch großformatige Bauteile benötigt werden, stößt die Pulverbett-Technologie aufgrund der kleinen Vakuumkammern und der astronomisch hohen Kosten für atomisierte Superlegierungs-Pulver an ihre Grenzen.
Die robotergestützte Drahtlichtbogen-Additive Fertigung (WAAM) löst dieses Problem, indem sie das Bauvolumen von einem festen Maschinengehäuse entkoppelt. WAAM nutzt einen mehrachsigen Industrieroboterarm, um Standard-Inconel-Schweißdraht zu schmelzen und ihn Schicht für Schicht aufzutragen, um große Strukturteile herzustellen. Da Inconel ein außerordentlich teurer Rohstoff ist, führt die herkömmliche subtraktive Bearbeitung von geschmiedeten Knüppeln zu einer enormen finanziellen Verschwendung. Die „Near-Net-Shape“-Ablagerung bei WAAM verbessert das „Buy-to-Fly“-Verhältnis drastisch, da nur die erforderliche Geometrie gedruckt und die Verschwendung kostspieliger Nickellegierungen minimiert wird.
Alle unsere Nickel-Superlegierungen durchlaufen strenge mechanische Prüfungen und Qualitätssicherungsmaßnahmen; Sie können unsere vollständigen WAAM-Material- und Zertifizierungsspezifikationen Spezifikationen einsehen, um mehr zu erfahren.
3D-Drucke aus Inconel-Sorten
MX3D konzentriert seine Produktion ausschließlich auf die beiden am besten erprobten und in der Schwerindustrie am häufigsten eingesetzten Nickel-Superlegierungen.
Inconel 625 (UNS N06625)
Inconel 625 ist eine außerordentlich vielseitige Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung, die für ihre hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bekannt ist. Sie weist über einen breiten Temperaturbereich (von kryogenen Temperaturen bis zu 980 °C) eine hervorragende strukturelle Ermüdungsfestigkeit auf. Da sie sehr gut schweißbar und beständig gegen chloridionische Spannungskorrosion ist, ist im WAAM-Verfahren aufgebrachtes Inconel 625 die Standardwahl für Schiffsausrüstung, Offshore-Plattformen und aggressive chemische Prozessumgebungen.
Inconel 718 (UNS N07718)
Inconel 718 ist eine hochfeste, ausscheidungsgehärtete Nickel-Superlegierung. Es weist zwar ebenso wie 625 eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf, wurde jedoch speziell für extreme Hochtemperatur-Strukturstabilität entwickelt. Es behält bis zu 700 °C eine außergewöhnliche Zug-, Ermüdungs- und Kriechbruchfestigkeit bei. Daher wird WAAM-aufgetragenes Inconel 718 häufig für kritische Komponenten im Energiesektor, für Gasturbinenteile und für strukturelle Luft- und Raumfahrt .
Inconel 625 im Vergleich zu 718
Bei der Auswahl einer Nickel-Superlegierung für die Großserienfertigung mittels WAAM hängt die Entscheidung von der primären Ausfallgefahr in der Betriebsumgebung ab:
Entscheiden Sie sich für Inconel 625, wenn Ihr Bauteil extremer Korrosion in wässrigen Medien, aggressiven Meeresumgebungen oder chemischem Abbau ausgesetzt ist und eine hervorragende Schweißbarkeit erfordert.
Entscheiden Sie sich für Inconel 718, wenn Ihr Bauteil eine maximale Streckgrenze bei hohen Temperaturen sowie eine außergewöhnliche Kriechfestigkeit erfordert und unter starker mechanischer Beanspruchung eingesetzt wird.
WAAM Inconel: Verfahren und Wärmebehandlung
Das Drucken von Nickel-Superlegierungen erfordert ein strenges Wärmemanagement. Beim WAAM-Verfahren kommen Standard-Drahtmaterialien in Luft- und Raumfahrtqualität zum Einsatz (beispielsweise solche, die den AMS-Spezifikationen entsprechen), und das Material wird mit streng kontrollierten Auftragsraten aufgetragen. Während beim WAAM-Verfahren Metalle im Allgemeinen mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 8 kg/h aufgetragen werden können, wird der Auftrag von Inconel häufig sorgfältig innerhalb bestimmter thermischer Parameter gesteuert, um Heißrisse zu vermeiden und die für Nickellegierungen typische mikrostrukturelle Anisotropie zu kontrollieren.
Die Bedeutung der Wärmebehandlung nach dem WAAM-Verfahren
Um das volle mechanische Potenzial von 3D-gedrucktem Inconel auszuschöpfen, ist eine spezielle Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) erforderlich:
Für Inconel 718: 718 im gedruckten Zustand erfordert eine strenge mehrstufige Wärmebehandlung (Lösungsglühen, gefolgt von doppelter Alterung). Durch diesen Prozess werden die entscheidenden mikrostrukturellen Phasen Gamma-Prime ($\gamma’$) und Gamma-Double-Prime ($\gamma”$) ausgefällt, die allein für die extreme Hochtemperaturfestigkeit der Legierung verantwortlich sind. Ohne diesen Schritt erfüllt das Material nicht die strukturellen Standards für die Luft- und Raumfahrt.
Für Inconel 625: Da 625 seine Festigkeit eher aus der Versteifung durch Feststofflösungen (durch Molybdän und Niob) als aus der Ausscheidungshärtung bezieht, ist häufig lediglich ein standardmäßiger Spannungsabbauprozess oder Glühzyklus erforderlich, um die WAAM-Mikrostruktur zu homogenisieren.
Mechanische Eigenschaften und Hochtemperatureigenschaften
Bei ordnungsgemäßer Steuerung über unsere MetalXL-Software und unter Anwendung der richtigen Wärmebehandlungen erreicht im WAAM-Verfahren aufgebrachtes Inconel mechanische Eigenschaften, die denen von gegossenem Inconel sehr nahe kommen oder diese sogar übertreffen und sich den Referenzwerten von geschmiedetem Material stark annähern.
Verifizierte mechanische Leistungsmessungen
| Werkstoffgüte | Zustand | Zugfestigkeit (UTS) | 0,2 % Streckgrenze | Dehnung (%) | Hauptvorteil |
| Inconel 625 (Legierung NiCrMo-3) | Im Lieferzustand / geglüht | ~750 MPa | ~420 MPa | ~35 – 40 % | Hervorragende Korrosionsbeständigkeit |
| Inconel 718 | Lösungsgeglüht und gealtert | ~1300 MPa | ~1050 MPa | ~15 – 20 % | Strukturelle Festigkeit bei hohen Temperaturen |
Hinweis: Die spezifischen Eigenschaften variieren je nach Bauteilgeometrie, Aufbringungsverfahren und den genauen Wärmebehandlungszyklen. Das Hochtemperatur-Kriechverhalten von Inconel 718 weist eine hohe Stabilität auf, wodurch sich das Material für den Langzeitbetrieb in Energieanwendungen eignet.
Anwendungen
Da WAAM große Inconel-Bauteile ohne den Einsatz von maßgeschneiderten Gussformen herstellen kann, gewinnt das Verfahren in Branchen, die Hochleistungslegierungen benötigen, rasch an Bedeutung.
Öl und Gas: Herstellung großer, korrosionsbeständiger Unterwasserverteiler, schwerer Ventilkörper und Blowout-Preventer, die für den Einsatz in korrosiven Flüssigkeiten ausgelegt sind. Erfahren Sie mehr über den 3D-Druck in der Öl- und Gasindustrie.
Luft- und Raumfahrt: Fertigung von großen Triebwerksaufhängungen, Abgaskomponenten für den Heißbereich und strukturellen Halterungen, bei denen erhöhte Temperaturen den Einsatz von Standardstählen unmöglich machen.
Energie und Stromerzeugung: Herstellung schwerer Turbinenkomponenten und Hochtemperatur-Verteiler für moderne Kraftwerke und Kernkraftwerke.
Chemische Verarbeitung: Bau von großvolumigen Reaktionsbehältern und Wärmetauschergehäusen, die die chemische Beständigkeit von Inconel 625 erfordern.
So bestellen Sie ein Inconel-Bauteil
Die Umstellung Ihrer Lieferkette von Schmiedeteilen mit langen Vorlaufzeiten auf eine bedarfsgerechte Roboterfertigung ist mit MX3D ein unkomplizierter Vorgang. Um einen Auftrag für die bedarfsgerechte Fertigung zu erteilen, benötigt unser Ingenieurteam folgende Angaben:
Digitale Geometrie: Eine native CAD-Datei, die die genauen Begrenzungen und die Abmessungen des Bauteils in nahezu fertiger Form definiert.
Spezifikation der Werkstoffgüte: Wählen Sie je nach thermischen und korrosiven Betriebsbedingungen zwischen Inconel 625 und Inconel 718.
Zertifizierung und Qualitätssicherung: Ermittlung der erforderlichen normativen Standards (wie z. B. ASME-, DNV- oder AMS-Spezifikationen) und der notwendigen zerstörungsfreie Prüfverfahren für WAAM-Teile .
Häufig gestellte Fragen
Kann Inconel im 3D-Druckverfahren gedruckt werden?
Ja. Während mit Pulverbettsystemen kleine Inconel-Teile gedruckt werden, kommt beim Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) Standard-Schweißdraht zum Einsatz, um große Inconel-Bauteile im Meterbereich im 3D-Druckverfahren herzustellen – eine äußerst wirtschaftliche Lösung für die Schwerindustrie.
Was ist der Unterschied zwischen Inconel 625 und 718?
Inconel 625 ist sehr gut schweißbar und für extreme Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit in maritimen und chemischen Umgebungen optimiert. Inconel 718 ist eine ausscheidungsgehärtete Legierung, die auf maximale Streckgrenze und Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen ausgelegt ist und typischerweise in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Energieerzeugung eingesetzt wird.
Welche Eigenschaften weist 3D-gedrucktes Inconel auf?
Bei der Herstellung mittels WAAM-Verfahren und nach ordnungsgemäßer Wärmebehandlung erreicht 3D-gedrucktes Inconel eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit. Ausgehärtetes Inconel 718 kann eine Zugfestigkeit von über 1300 MPa erreichen, während geglühtes Inconel 625 eine Zugfestigkeit von über 750 MPa bei einer hohen Dehnung (35–40 %) aufweist und damit mit den Eigenschaften herkömmlicher Guss- und Schmiedeteile mithalten kann.
Wofür wird Inconel verwendet?
Inconel ist für die anspruchsvollsten industriellen Einsatzbedingungen vorgesehen. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Bauteile für Triebwerke und Abgassysteme in der Luft- und Raumfahrt, Unterwasser-Öl- und Gasverteiler, Hochtemperaturturbinen zur Stromerzeugung sowie Behälter für die Verarbeitung aggressiver Chemikalien.
Weiterführende Literatur
Um sich einen umfassenderen Überblick über unsere Fertigungskapazitäten im Bereich der Robotertechnik zu verschaffen, lesen Sie bitte den WAAM-Leitfaden oder entdecken Sie unser komplettes WAAM-Material- und Zertifizierungsmatrix .
