SLS - Selektives Laserschmelzen

Vorteile

Vorteile selektives Lasersintern zusammengefasst:

  • Realisierung bisher fertigungstechnisch nicht herstellbarer Bauteile (Beispiele: Innenliegende Kühlkanäle, Hohlräume, Gitternetzstrukturen etc.)
  • Von 3D-Modell direkt zum Bauteil
  • Bauteilerstellung in kürzester Zeit
  • Hohe Gewichtseinsparung bei höherer Steifigkeit realisierbar (Knochenstruktur)
  • Keine Vorrichtungsbau- und Werkzeugkosten bei Prototypen
  • Qualitativ hochwertige Produkte, geringer Verzug durch gleichmäßige Abkühlung der Bauteile
  • Laserschmelzen Beispiele
  • Laserschmelzen Beispiele
  • Laserschmelzen Beispiele
  • Laserschmelzen Beispiele
  • Laserschmelzen Beispiele
  • Laserschmelzen Beispiele
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Verarbeitungskette

Eines oder mehrere 3D-Modelle (STL Format) werden im Bauraum auf einer Grundplatte platziert und mit einem Support versehen.

Dieser dient zur:
  • Fixierung
  • Wärmeableitung
  • Unterstützung kritischer Konturen

Wichtige Entscheidung:

  • Orientierung der Bauteile:
    Das Bauteil sollte so auf der Grundplatte ausgerichtet sein, dass die Stützstruktur so gering wie möglich ausfällt.
  • Anbringen der Stützstruktur:
    Die Stützstruktur muss an Stellen angebracht werden, an denen die Kontur nicht auf eine bestehende Kontur aufgeschmolzen werden kann bzw. die Kontur sehr stark von der vorherigen Schicht abweicht (< 45°; Radius > 3 mm)

Nachbearbeitung

  • Pulver entfernen:
    Die Bauplatte mit den Teilen darauf wird aus dem losen Pulver entfernt.
  • Thermische Bearbeitung:
    Nach der Produktion können die Teile thermisch behandelt werden, um Eigenspannungen abzubauen und die Eigenschaften sowie die metallurgische Struktur zu verbessern.
  • Entfernen der Stützstruktur und mechanische Nachbearbeitung:
    Die Teile werden von der Bauplattform gelöst. Weitere Stützstrukturen werden mechanisch entfernt. Teile können mechanisch nachbearbeitet werden, um kritische Toleranzen zu erfüllen.
  • Oberflächenbearbeitung:
    Teile werden bspw. durch Strahlen, Polieren oder Gleitschleifen weiterbearbeitet

Allgemeine Informationen

Herstellungsverfahren

  • Direkte Herstellung aus CAD-Daten
  • Schichtweiser Aufbau der Bauteile
  • Homogene Gefüge, Dichte > 99,6 %
  • Vollwertige mechanische Eigenschaften

Anwendungsbereiche

  • Prototypen für Funktionstests
  • Einzelteile und Kleinserien
  • Werkzeuge für Spritzguss -> enthalten konturnahe Kühlkanäle
  • Ersatzteilnachbau für stillgelegte Serien
  • konventionell nicht umsetzbare Teile

Charakteristiken / Restriktionen

  • Kleinste mögliche Strukturgrösse: 0.04-0.2 mm
  • Genauigkeit: +/- 0.05-0.2 mm (+/- 0.1-0.2%)
  • Kleinste Schichtdicke: 0.025 mm
  • Typische Oberflächengüte: 4 – 10 microns RA
  • Dichte: Bis zu 99.9 %
  • Mindestwandstärke: 0.25 - 0.5 mm

Metall-Laserschmelzen

Das selektive Laserschmelzen kurz SLS ist ein generatives Produktionsverfahren, bei der das gewünschte Bauteil direkt aus 3D-Daten produziert wird. Anhand der vorliegenden Daten (Standardformat STL) lassen sich hochkomplexe Teile aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen herstellen.

Durch eine bisher fehlende einheitliche Namensgebung des Verfahrens, ist es auch bekannt als Laserschmelzen, additive Fertigung, selektive Fertigung, SLS 3D Druck, generative Fertigung, Laser melting, Laser cusing, Laser Sintern, 3D Druck Metall, 3D Lasersintern usw.

Selektives Laserschmelzen im Detail

Mit dem SLS-Verfahren wird das Werkstück schichtweise dreidimensional aufgebaut. Dafür wird das Metall in sehr feiner Pulverform in Schichten (Layer) aufgetragen und durch den Laserstrahl dort geschmolzen, wo das Werkstück entstehen soll. Je nach Anforderung an Oberflächengüte und Fertigungsgeschwindigkeit wird das Pulver in Schichtdicken zwischen 20 und 80 µm aufgetragen. Anschließend schmilzt ein leistungsfähiger Faserlaser die vorgesehenen Bereiche selektiv auf. Die starke Fokussierung verleiht dem Laserstrahl eine sehr hohe Leistungsdichte, mit der das Material absolut präzise durchgeschmolzen wird. So lassen sich hundertprozentig dichte Werkstücke mit geringen Wandstärken erzeugen.

Ist der Schmelzvorgang für die Schicht abgeschlossen, senkt sich die Plattform um die jeweilige Schichtstärke ab, damit eine weitere Pulverschicht aufgetragen werden kann. So wird das Werkstück Schicht für Schicht hergestellt.

Die Dauer des Prozesses, der in einer geschlossenen Inertgas-Atmosphäre (Argon) abläuft, ist dabei abhängig von der Menge des eingesetzten Materials und der Anzahl der Schichten – nicht von der Komplexität des Bauteils.

Der schichtweise Aufbau macht es möglich, auch filigrane Gitter-, Maschen- oder Netzstrukturen, poröse Strukturen oder im Werkstück verlaufende unregelmäßige Kanäle gezielt entstehen zu lassen, die mit anderen Verfahren nicht herstellbar sind. Das Material wird ausschließlich da aufgebaut, wo es der vorgesehene Einsatz und die zukünftige Beanspruchung erfordern. So lässt sich durch einen optimierten Materialeinsatz unter anderem das Gewicht minimieren.

Mit SLS werden hundertprozentig dichte, mechanisch hochbelastbare Teile produziert, deren Materialeigenschaften denen konventionell hergestellter Teile fast gleichen. Dadurch können sie je nach Einsatzzweck mit jedem anderen Verfahren beliebig nachbearbeitet werden.

Der Einsatz des SLS-Verfahrens ist in der Regel dann wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren, wenn die Herstellung von Einzelstücken, individualisierten Teilen oder Serien mit geringen Stückzahlen gefordert ist. Dabei fällt der Kostenvorteil in der Regel umso größer aus, je kleiner die Stückzahl, je komplexer das Einzelstück und je geringer der Materialeinsatz ist.

Direkt aus den Konstruktionsdaten des CAD-Programms entstehen in der Anlage von Concept-Laser in kürzester Zeit funktionsfähige Metallteile, deren mechanische Belastbarkeit denen herkömmlich gefertigter Werkstücke entspricht.

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