AlSi10Mg (Aluminium für den 3D-Druck)

AlSi10Mg ist eine Aluminiumlegierung mit etwa 9–11 % Silizium und 0,2–0,45 % Magnesium. Ursprünglich eine Gusslegierung (EN AC-43000 nach EN 1706), ist sie das am häufigsten verwendete Aluminium für das Laser-Pulverbettschmelzen (DMLS und SLM). Dank ihrer naheutektischen Zusammensetzung schmilzt und erstarrt sie in einem engen Temperaturbereich und neigt beim Drucken kaum zu Rissen. Die schnelle Abkühlung im Schmelzbad erzeugt ein sehr feines Gefüge: Gedruckte Teile sind fester als Gussteile aus derselben Legierung, bei etwa einem Drittel der Dichte von Stahl.

Wählen Sie AlSi10Mg für leichte, komplexe Teile, die sich nur schwer oder gar nicht fräsen oder gießen lassen: Wärmetauscher, Verteilerblöcke mit Innenkanälen, topologieoptimierte Halter und Gitterstrukturen. Der Werkstoff wird über die Fertigungspartner von Uretyco als DMLS-Werkstoff angeboten. Seine Grenzen sind eine geringere Duktilität und Dauerfestigkeit als bei Knetaluminium, richtungsabhängige Eigenschaften, eine raue Oberfläche im Bauzustand und eine Festigkeit, die oberhalb von etwa 150 °C nachlässt. Für einfache Formen ist gefrästes 6061-T6 meist günstiger, schneller und genauer.

Mechanische und physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Typischer Wert	Hinweise
Zugfestigkeit (Rm)	≈ 350–470 MPa	Im Bauzustand, in der Bauebene (XY). Nach dem Spannungsarmglühen ≈ 300–350 MPa; eine T6-ähnliche Wärmebehandlung ergibt ähnliche oder etwas niedrigere Werte.
Streckgrenze (Rp0,2)	≈ 220–290 MPa	Im Bauzustand. Nach dem Spannungsarmglühen ≈ 180–230 MPa, gegenüber ≈ 276 MPa bei 6061-T6 als Knetwerkstoff.
Bruchdehnung	≈ 3–9 %	Im Bauzustand; am niedrigsten in Baurichtung (Z). Nach dem Spannungsarmglühen ≈ 8–15 %.
Härte	≈ 100–130 HB	Im Bauzustand; eine Wärmebehandlung senkt sie.
Elastizitätsmodul	≈ 65–75 GPa	Ähnlich wie bei anderen Aluminiumlegierungen.
Dichte	≈ 2,67 g/cm³	Gedruckte Teile erreichen typischerweise mehr als 99,5 % der theoretischen Dichte.
Wärmeleitfähigkeit	≈ 100–130 W/(m·K)	Im Bauzustand; nach einer Wärmebehandlung ≈ 150–175 W/(m·K), wichtig für Wärmetauscher.
Wärmeausdehnung	≈ 20–22 µm/(m·K)	20–100 °C; ähnlich wie bei gegossenen Aluminium-Silizium-Legierungen.
Einsatztemperatur	Unter Last bis ≈ 150 °C	Aluminiumlegierungen verlieren darüber schnell an Festigkeit; prüfen Sie die Daten für tragende Teile.
Oberflächenrauheit im Bauzustand	≈ Ra 6–15 µm	Nach oben weisende und senkrechte Flächen; nach unten weisende und gestützte Flächen sind rauer.
Dauerfestigkeit	Stark zustandsabhängig	Raue Druckoberflächen und Porosität senken die Lebensdauer deutlich; Zerspanen, Polieren und HIP verbessern sie.

Typische Werte, keine Bemessungswerte

Die Bereiche fassen veröffentlichte Daten für pulverbettgeschmolzenes AlSi10Mg zusammen, gemessen an Probekörpern. Reale Teile variieren mit Maschine, Prozessparametern, Pulver, Baurichtung, Wandstärke und Wärmebehandlung. Legen Sie tragende Teile nach dem im Angebot genannten Datenblatt aus, gegebenenfalls nach einer Spezifikation wie ASTM F3318, und stützen Sie sich auf Prüfungen an Probekörpern, die zusammen mit den Teilen gedruckt wurden.

AlSi10Mg-Teile für DMLS und SLM konstruieren

Beim Laser-Pulverbettschmelzen schmilzt ein Laser das Pulver unter Argon Schicht für Schicht auf, typischerweise in Schichten von 30–60 µm. Die Teile sind über Stützen mit der Bauplattform verbunden, die zugleich Wärme ableiten; Stützstrategie und Ausrichtung bestimmen daher Kosten, Verzug und Oberflächenqualität. Allgemeine Regeln, die im Angebot bestätigt werden:

Überhänge und Stützen: Flächen, die flacher als etwa 45° zur Bauplattform verlaufen, brauchen Stützen. Diese werden abgetrennt, abgesägt oder abgefräst und hinterlassen Spuren; halten Sie Funktions- und Sichtflächen möglichst davon frei.
Bohrungen und Kanäle: Waagerechte Bohrungen und Kanäle bis etwa 6–8 mm Durchmesser lassen sich meist ohne innere Stützen drucken. Größere brauchen Stützen, die sich im Kanal schwer entfernen lassen, oder ein selbsttragendes Tropfen- oder Rautenprofil.
Wände und Details: Wände ab etwa 0,5 mm sind druckbar, ab 1 mm aber robuster und leichter nachzubearbeiten. Dünne, hohe Elemente können beim Pulverauftrag vom Beschichter beschädigt werden.
Eigenspannungen: Große ebene Flächen und abrupte Übergänge von dünnen zu dicken Querschnitten verziehen sich. Verwenden Sie Rippen, Radien und allmähliche Übergänge statt massiver Blöcke; die Teile werden meist vor dem Abtrennen von der Bauplattform spannungsarmgeglüht.
Pulverentfernung: Jeder Hohlraum braucht Öffnungen, damit ungeschmolzenes Pulver entfernt werden kann, denn in geschlossenen Hohlräumen bleibt es eingeschlossen. Sehen Sie für lange Kanäle mindestens zwei Öffnungen vor und prüfen Sie, ob sie sich spülen lassen.
Aufmaß und Ausrichtung: Sehen Sie an Flächen, Bohrungen und Gewinden, die bearbeitet werden, etwa 0,5–1 mm Aufmaß vor und geben Sie die Hauptlastrichtung an. Die Bruchdehnung ist quer zu den Schichten am geringsten; legen Sie den Hauptlastpfad daher möglichst in die Bauebene.

Wärmebehandlung: Bauzustand, spannungsarmgeglüht oder T6-ähnlich

Eine Wärmebehandlung verändert AlSi10Mg stärker als die meisten Drucklegierungen: Sie tauscht einen Teil der hohen Festigkeit im Bauzustand gegen Duktilität, Maßstabilität und Leitfähigkeit. Geben Sie den Zustand ausdrücklich an, denn Lieferanten verwenden unterschiedliche Standardabläufe.

Zustand	Typische Behandlung	Wirkung	Geeignet für
Bauzustand	Keine	Höchste Festigkeit und Härte, geringste Duktilität; Eigenspannungen bleiben bestehen	Kompakte, steife Teile und Prototypen, sofern der Lieferant zustimmt
Spannungsarmgeglüht	≈ 300 °C für etwa 2 h, oft auf der Bauplattform	Rm ≈ 300–350 MPa, höhere Dehnung, weniger Verzug beim Zerspanen, höhere Leitfähigkeit	Üblicher Standard für Funktionsteile
T6-ähnlich	Lösungsglühen bei ≈ 520–540 °C, Abschrecken, Warmauslagern bei ≈ 160–180 °C	Gleichmäßigere, weniger richtungsabhängige Eigenschaften mit guter Duktilität; das Abschrecken kann dünne Teile verziehen	Teile, die Duktilität und gleichmäßige Kennwerte brauchen und nach der Wärmebehandlung bearbeitet werden
HIP	Heißisostatisches Pressen, meist mit anschließender Wärmebehandlung	Schließt innere Porosität und verbessert die Dauerfestigkeit	Dauerfestigkeitskritische oder druckdichte Teile

Toleranzen und Oberfläche

Die Druckgenauigkeit hängt von Teilegröße, Ausrichtung, Stützen und Verzug ab. Als Planungswert halten kleine Merkmale typischerweise etwa ±0,1–0,2 mm; bei langen oder flachen Teilen sind die Abweichungen größer. Verbindlich sind die Werte aus Angebot und Auftragsprüfung. Passungen, Dichtflächen und Gewinde werden nach dem Druck bearbeitet und lassen sich wie CNC-Teile tolerieren; für nicht angegebene Toleranzen gilt bei Uretyco ISO 2768-mK. Druckoberflächen sind matt und leicht körnig; geben Sie Ra nur an Flächen an, die bearbeitet oder poliert werden.

Oberflächenbehandlungen

Nach der Stützenentfernung ist Glasperlenstrahlen die Standardoberfläche. Weitere Schritte sind funktional oder optisch begründet und werden im Angebot ergänzt.

Oberfläche	Wirkung	Hinweise
Glasperlenstrahlen	Gleichmäßig matte Oberfläche	Entfernt anhaftendes Pulver und glättet die Oberfläche leicht; übliche Grundoberfläche.
CNC-Bearbeitung	Genaue Passungen, Dichtflächen und Gewinde	Braucht Aufmaß und Spannflächen; bearbeitete Flächen in der Zeichnung kennzeichnen.
Gleitschleifen	Glattere Flächen und verrundete Kanten	Für kleine Teile geeignet; erreicht keine tiefen Innenkanäle.
Kugelstrahlen	Druckeigenspannungen an der Oberfläche	Verbessert die Dauerfestigkeit; bei kritischen Teilen die Strahlintensität angeben.
Eloxieren	Korrosions- und Verschleißschutz	Der hohe Siliziumgehalt ergibt ein graues, ungleichmäßiges Aussehen; eher Schutz als Dekor.
Konversionsschicht, Lack oder Pulverbeschichtung	Korrosionsschutz und Farbe	Lack und Pulverbeschichtung ergeben auf gedrucktem Aluminium den gleichmäßigsten Farbton.

Bearbeitungsbezüge früh planen

Wenn gedruckte Teile fertig bearbeitet werden, sehen Sie im Modell Bezugsflächen und Spannmerkmale vor und geben Sie an, welche Flächen im Druckzustand bleiben. Das spart Aufspannungen und verhindert, dass dünne gedruckte Wände weggefräst werden.

Kosten- und Lieferzeittreiber

Beim Metalldruck bestimmen vor allem Maschinenzeit und Nachbearbeitung den Preis, weniger das Pulver. Die wichtigsten Hebel:

Bauhöhe und Maschinenzeit: Jede Schicht kostet Zeit, daher sind hohe Teile teurer als flache mit gleichem Volumen. Mehrere Teile können sich eine Bauplattform teilen.
Geschmolzenes Volumen: Massive Blöcke sind teuer; Schalenbauweise, Gitterstrukturen und Topologieoptimierung senken Volumen und Gewicht.
Stützen: Stützstrukturen kosten Maschinenzeit und Pulver, ihre Entfernung ist Handarbeit. Eine günstige Ausrichtung und selbsttragende Formen reduzieren beides.
Nachbearbeitung: Spannungsarmglühen, T6-ähnliche Wärmebehandlung, HIP, Zerspanung und Oberflächenbehandlung sind eigene Schritte, die jeweils Kosten und Zeit verursachen.
Dokumente und Prüfung: Werkstoffzeugnisse und Messberichte sind optional und sollten mit dem Angebot angefordert werden; Machbarkeit, Ausrichtung und Lieferzeit werden in Angebot und Auftragsprüfung bestätigt.

AlSi10Mg im Vergleich zu gängigen Alternativen

Werkstoff und Verfahren	Festigkeit (Rm)	Bruchdehnung	Dichte	Relative Kosten	Geeignet für
AlSi10Mg, gedruckt (DMLS, SLM)	≈ 300–470 MPa	≈ 3–15 %	≈ 2,67 g/cm³	Hoch	Komplexe, leichte Teile mit Innenkanälen oder Gitterstrukturen
Aluminium 6061-T6, gefräst	≈ 310 MPa	≈ 12–17 %	2,70 g/cm³	Niedrig bis mittel	Präzise prismatische Teile, eloxierte Oberflächen
Aluminium A356-T6, gegossen	≈ 250–280 MPa	≈ 3–10 %	2,68 g/cm³	Niedrig bei Stückzahl; Werkzeug nötig	Wiederholgehäuse und Strukturguss
Ti-6Al-4V, gedruckt	≈ 900–1100 MPa	≈ 6–15 %	4,43 g/cm³	Sehr hoch	Hoch belastete, heiße oder korrosiv beanspruchte Teile

Lässt sich ein Teil aus Platte oder Stange fräsen, ist 6061-T6 meist günstiger, liefert bessere Oberflächen und engere Toleranzen und lässt sich gleichmäßig eloxieren. Gegossenes A356 wird günstiger, sobald die Stückzahl ein Modell oder eine Kokille trägt. Ti-6Al-4V bietet mehr als die doppelte Festigkeit bei etwa 1,7-facher Dichte und eignet sich für Lasten, Temperaturen oder Umgebungen, in denen Aluminium nicht ausreicht.

Wann AlSi10Mg nicht die richtige Wahl ist

Typische Fehlgriffe

Einfache Teile, die sich leicht aus 6061 oder 7075 fräsen lassen: Zerspanen ist günstiger, schneller und genauer. Größere Stückzahlen desselben Teils: Guss oder Druckguss kostet pro Teil weniger. Dekorativ eloxierte Oberflächen. Dauerlast über etwa 150 °C: Prüfen Sie Titan oder Stahl. Dauerfestigkeitskritische Teile ohne bearbeitete oder polierte Oberflächen, HIP und Prüfplan. Teile, die größer als der Bauraum des Partners sind, sofern sie sich nicht teilen und fügen lassen.

Typische Anwendungen

Wärmetauscher, Kühlplatten und Gehäuse mit integrierten Kühlkanälen.
Hydraulische und pneumatische Verteilerblöcke mit Innenkanälen.
Topologieoptimierte Halter und leichte Gitterstrukturen.
Prototypen und Kleinserien für Motorsport, Drohnen und Luftfahrt.
Funktionsprototypen künftiger Guss- oder Druckgussteile aus Aluminium.
Leichte Greifer und Endeffektoren für Roboter.

AlSi10Mg bei Uretyco spezifizieren

1
Modell und Zeichnung hochladen
Für Metallteile ist STEP bevorzugt; STL oder 3MF funktionieren ebenfalls. Fügen Sie eine PDF-Zeichnung für bearbeitete Flächen, Gewinde, Toleranzen und Prüfanforderungen bei.
2
DMLS und AlSi10Mg wählen
Wählen Sie die Schichtstärke: Dickere Schichten bauen schneller, dünnere liefern feinere Details. Lassen Sie die Wahl zwischen DMLS- und SLM-Anlagen offen, sofern Ihre Spezifikation sie nicht festlegt.
3
Zustand angeben
Bauzustand, spannungsarmgeglüht oder T6-ähnlich, bei Bedarf mit HIP. Nennen Sie die Spezifikation oder das Datenblatt, wenn Ihre Auslegung darauf beruht.
4
Kritische Flächen und Ausrichtung kennzeichnen
Zeigen Sie Flächen, die frei von Stützen bleiben müssen, zu bearbeitende Flächen mit Aufmaß und die Hauptlastrichtung.
5
Oberfläche und Dokumente wählen
Strahlen, Zerspanung, Eloxieren oder Lack; fordern Sie Werkstoffzeugnisse und Messberichte mit dem Angebot an.
6
Angebot prüfen
Machbarkeit, Ausrichtung, Wärmebehandlung und Lieferzeit werden vor Fertigungsbeginn in Angebot und Auftragsprüfung bestätigt.

Häufige Fragen

Gibt es einen Unterschied zwischen DMLS und SLM?

Beide Bezeichnungen meinen das Laser-Pulverbettschmelzen, das ISO/ASTM 52900 als Pulverbettfusion einordnet. Obwohl DMLS das Wort Sintern im Namen trägt, wird das Metall in beiden Verfahren vollständig aufgeschmolzen. Die Ergebnisse hängen weit mehr von Maschine, Prozessparametern und Wärmebehandlung ab als vom Namen.

Ist gedrucktes AlSi10Mg so fest wie 6061-T6?

Im Bauzustand übertrifft seine Zugfestigkeit die von 6061-T6, Bruchdehnung und Dauerfestigkeit sind aber niedriger. Nach dem Spannungsarmglühen liegt die Streckgrenze unter der von 6061-T6. Eine für gefrästes 6061 ausgelegte Konstruktion lässt sich daher nicht einfach auf den Druck umstellen; prüfen Sie Zustand, Lastrichtung und Oberflächen.

Welche Wärmebehandlung sollte ich angeben?

Für Funktionsteile ist das Spannungsarmglühen der übliche Standard. Wählen Sie den Bauzustand nur für kompakte Prototypen, bei denen höchste Festigkeit zählt und Eigenspannungen akzeptabel sind, und eine T6-ähnliche Behandlung, wenn Duktilität und gleichmäßige Kennwerte wichtiger sind als die Spitzenfestigkeit. Ergänzen Sie HIP bei dauerfestigkeitskritischen oder druckdichten Teilen.

Lässt sich gedrucktes AlSi10Mg eloxieren?

Ja, aber der hohe Siliziumgehalt erzeugt eine graue, teils fleckige Schicht, und Farben wirken gedämpft. Als Schutz funktioniert das Eloxieren gut; für einen gleichmäßigen Farbton verwenden Sie Lack oder Pulverbeschichtung oder lassen das Teil aus 6061 fräsen.