Beim selektiven Laserschmelzen handelt es sich um eine additive Fertigungsmethode für Werkstoffe aus Metall – besser bekannt als 3D-Metalldruck oder englisch „Selective Laser Melting“. Obwohl wir bei igus den Fokus auf Hochleistungspolymere legen, erklären wir bei dieser Gelegenheit trotzdem gerne diese Fertigungstechnologie.
Wie funktioniert Selektives Laserschmelzen?
Selektives Laserschmelzen gehört zu den pulverbasierten additiven Verfahren. Für die Erstellung des Bauteils wird das Metall-Pulver Schicht für Schicht im Bauraum des 3D-Druckers aufgetragen. Ein Laser verschmilzt die einzelnen Schichten in dem Bereich miteinander, in dem das Bauteil entsteht. Mit jeder bearbeiteten Schicht senkt sich die Bauplattform im Bauraum um die Dicke der aufzutragenden neuen Schicht ab. So füllt sich der Bauraum nach und nach immer weiter bis das Bauteil fertiggestellt ist. Das umliegende Pulver behält dabei seine Pulverform und wird am Ende des Bauvorgangs beseitigt.
Im Nachbearbeitungsprozess wird das Objekt dann vom restlichen Pulver gelöst und gereinigt. Die Stützkonstruktion wird entfernt und das Produkt kann je nach Anwendung noch bearbeitet werden (z.B. Wärmebehandlung). Gefertigt werden kann ab Stückzahl 1 bis hin zu höheren Losgrößen und industriellen Serienfertigungen.
Folgende Materialien kommen beim Selektiven Laserschmelzen zum Einsatz:
- Werkzeugstahl
- Aluminiumlegierung
- Edelstahl
- Bronzelegierung
- Titan und Titanlegierung
- Kobalt-Chrom-Legierung
- Edelmetalllegierung
- Nickelbasislegierung
Möglichkeiten im Druckprozess
Ein Objekt kann in unterschiedliche Bereiche eingeteilt werden, an denen verschiedene Belichtungsstrategien angewandt werden. Abhängig ist das von den Anforderungen der belichteten Zone, da das Äußere fester und weniger porös sein muss als das Innere. Separat belichtet werden müssen die sogenannten Up- und Downsides. Darunter versteht man Bauteilaußenflächen, die nach oben zeigen und überhängende Bauteile. Durch die einzelne Bearbeitung mit dem Laser kann die Rauigkeit, Dichte und Oberflächengüte dadurch Segment für Segment bestimmt werden. Die Methode ermöglicht die Fertigung von Objekten mit großem Volumen und einer reduzierten Spannung im Bauteil. Ausnahme sind Strukturen mit dünnen Wänden. Hier ist es oft nicht möglich in Segmente zu unterteilen, weshalb die Belichtung in dem Fall durchgängig erfolgt.
Beim selektiven Laserschmelzen können Bauteile mit guten mechanischen Eigenschaften, einer hohen Dichte und Präzision gefertigt werden. Es ist auch möglich, die Dichte innerhalb eines Objekts zu variieren, um es bei einer geringen Dichte leichter und elastischer zu machen, während eine hohe Dichte beispielsweise Kraftlinien auffängt. In Bauteilen, die additiv gefertigt werden, lassen sich während des Herstellungsprozesses direkt verschiedene Funktionen integrieren. Bei Bauteilen in Bereichen mit hohen Temperaturen kann man zum Beispiel Kühlkanäle einarbeiten oder zur besseren Wärmeableitung zwei verschiedene Metalle in einem Objekt verarbeiten.
Da die Baugeschwindigkeit deutlich langsamer ist als bei der Kunststoffvariante (Selektives Lasersintern), sind die Herstellungskosten eines Bauteils deutlich höher als beim Lasersintern.
Vorteile beim selektiven Laserschmelzen
- Werkzeuge entfallen
- Geringe Lebenszyklus-Kosten
- Kurze Entwicklungs- und Produkteinführungszeiten
- Wenig Montageaufwand
- Hohe Flexibilität & geringes Produktionsrisiko
Darüber hinaus weist die Fertigungstechnologie eine hohe Nachhaltigkeit auf und schont die Ressourcen. Der Verbrauch an Materialien beruht auf dem Gewicht des Objektes und der Supportkonstruktion. Eine hohe Energieeffizienz und digitale Prozesskette leisten auch ihren Beitrag zur Reduzierung von CO₂-Emissionen und unterstützen die Nachhaltigkeit.
Anwendungsbereiche für selektives Laserschmelzen
- Dentaltechnik
- Automobiltechnik
- Luft- & Raumfahrt
- Turbinenbau
- Prototypenbau & Rapid Prototyping
- Werkzeugbau
- Medizintechnik
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