SLM 3D-Druck-Dienstleistung

Prozess

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der ein Metall als Arbeitsmaterial verwendet wird (Metall-3D-Druck). Jede Schicht wird zunächst auf die darunter liegende feste Schicht gepudert. Das Metallpulver wird dann mittels Laserstrahlung lokal aufgeschmolzen und bildet nach dem Erstarren eine feste Materialschicht, auf die dann die nächste Pulverschicht aufgetragen werden kann. Die Schichtdicke liegt im Allgemeinen zwischen 15 und 500 µm. Die Schmelztemperatur kann mit einer Laserleistung zwischen 100 und 5000 W erreicht werden. Um eine Oxidation des Metallpulvers zu verhindern, findet der Prozess in einem luftdichten Raum statt, der mit einer inerten Atmosphäre, z. B. Argon oder Stickstoff, gefüllt ist. Das fertige Teil kann nach dem Abkühlen und Reinigen sofort verwendet oder weiterverarbeitet werden. Die maximale Größe der gefertigten Teile ("Build Envelope") liegt in der Regel zwischen 125 x 125 x 75 mm und 500 x 280 x 825 mm, je nach Druckermodell.

Materialien

Bei den für den Metall-3D-Druck, einschließlich SLM, in Frage kommenden Materialien handelt es sich im Allgemeinen um Metalle, die durch Sprühen ohne Bindemittel pulverisiert werden. Beispiele sind

Auch pulverisierte Keramiken eignen sich für den 3D-Druck mit SLM. Die Materialien können für bestimmte Maschinen und Anwendungen zertifiziert werden. Die Korngröße des Pulvers wird in Abhängigkeit von der gewünschten Qualität gewählt.

Die große Auswahl an Materialien für den 3D-Metalldruck ermöglicht eine breite Palette von Anwendungen, von der chemischen Industrie und dem Maschinenbau bis hin zur Luft- und Raumfahrt, Implantologie und Prothetik.

Eigenschaften der gedruckten Teile

Mittels SLM hergestellte Bauteile zeichnen sich durch eine relativ hohe relative Materialdichte von bis zu 99,98% aus, was bedeutet, dass die chemischen, elektromagnetischen sowie mechanischen Eigenschaften von SLM-gedruckten Bauteilen nahezu identisch mit denen des eigentlichen Materials sind. 

Größere oder kleinere Gefügefehler können durch suboptimal gewählte Laserleistung und/oder Geschwindigkeit des Prozesses entstehen. Ein häufig auftretender Fehler ist die Bildung von Poren und Inhomogenitäten aufgrund von Konvektionsströmen und ungleichmäßiger Abkühlung des geschmolzenen Metalls. Diese Defekte können durch die optimale Wahl der Laserleistung und der Prozessgeschwindigkeit minimiert werden, jedoch müssen bei einigen Anwendungen auch kleinste Defekte und Inhomogenitäten berücksichtigt werden.

Es können auch Objekte mit selektiver, lokal variierender Dichte gedruckt werden, um die Dichte lokal anzupassen, z.B. nach bionischen Prinzipien oder zur Erzielung lokal selektiver Elastizität bei Leichtbauteilen in der Luft- und Raumfahrt oder der Implantologie (siehe Abb. 2). Die Dichte kann gezielt reduziert werden, indem die gedruckten Strukturen porös gemacht werden oder indem größere Hohlräume im Werkstück geschaffen werden.

Besondere Aspekte von SLM gegenüber herkömmlichen Reparaturtechniken

Wie alle 3D-Druckverfahren hat auch der Metall-3D-Druck oder SLM den systematischen Vorteil, dass die Produktionskosten nicht direkt von der geometrischen Komplexität des Designs abhängen, da die Herstellung eines 3D-Objekts auf die Herstellung mehrerer 2D-Schichten "vereinfacht" wird. Auch die Herstellung und Verwendung von Werkzeugen entfällt; der 3D-Druck ist im Wesentlichen werkzeuglos.

Da Metallteile konventionell durch Gießen oder Fräsen hergestellt werden, werden wir am Ende des SLM hauptsächlich mit diesen Techniken vergleichen.

Dank der hohen relativen Dichte der mit SLM gedruckten Bauteile sind ihre mechanischen Eigenschaften mit denen von im Gießverfahren hergestellten Bauteilen vergleichbar. Durch den Wegfall der für das Gießen erforderlichen Formen und Werkzeuge verkürzt SLM die Reparaturzeiten und die Zeit bis zur Markteinführung. SLM bietet im Vergleich zum Gießen und Fräsen auch eine größere Geometriefreiheit. Die Geometriefreiheit ermöglicht die Herstellung komplexer Formteile, die mit Gussverfahren oder Fräsen nur schwer oder gar nicht hergestellt werden können.

Die oben beschriebene Möglichkeit der selektiven Verdichtung gibt es bei herkömmlichen Techniken nicht. Selektive Dichte bietet sehr viel Spielraum für topologische Optimierungen und für Kreativität bei der Gestaltung von Bauteilen, dies spielt sicherlich im Leichtbau, in der Luft- und Raumfahrt und in der Implantologie/Bionik eine Rolle.

Der Guss ist an Formen gebunden, deren Herstellungskosten auf den Endproduktpreis umgelegt werden müssen. Dies ist oft erst ab größeren Serien wirtschaftlich sinnvoll. Beim SLM entfällt diese wirtschaftliche Einschränkung, so dass sich SLM besonders für die Herstellung von Prototypen und Unikaten von Metallteilen eignet.

Je komplexer das Teil ist, desto deutlicher werden die Vorteile von SLM gegenüber Gießen und Fräsen. SLM ermöglicht die Integration mehrerer Teile und Funktionen in ein einziges Teil. Interne Strukturen und Teilkomponenten können ohne zusätzliche Produktionskosten hinzugefügt werden. So können beispielsweise Kanäle und Ventile für Arbeitsflüssigkeiten mit SLM integriert werden, oder komplex geformte Öffnungen für Anschlüsse und Scharniere, oder Instrumente und Sensoren können als Teilkomponenten monolithisch in das Bauteil eingewachsen werden.

Gagat Studio bietet Metall-3D-Druckdienste an. Wir produzieren auf einer SLM Solutions-Maschine mit einem Bauraum von 500 x 280 x 365 mm. Laden Sie Ihr Modell hoch oder kontaktieren Sie uns für weitere Informationen und Beratung. Wir sind in Amersfoort ansässig und helfen Ihnen gerne bei Ihren Metall-3D-Druckprojekten in den Niederlanden, Belgien oder Luxemburg.