Empire: 25. May 2018,

Selektives Lasersintern – vom Prototyping bis zum Rapid-Manufacturing

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Das innovative Verfahren SLS (selektives Lasersintern) wurde zu Beginn des Zeitalters des 3D-Drucks vor allem im Rapid Prototyping eingesetzt. Die kontinuierliche Weiterentwicklung dieser Fertigungstechnik erlaubt nun auch den Einsatz im Rapid-Manufacturing. Schon längst ist das Verfahren den Kinderschuhen entwachsen und findet im Sondermaschinenbau genauso seine Anwendungsbereiche wie in der Medizintechnik.

Selektives Lasersintern – eine Definition

Beim Lasersintern handelt es sich um ein Schichtbauverfahren. Bei diesem Verfahren werden mithilfe spezieller Kunststoffe und einem 3D-Drucker komplexe Werkstücke produziert. Schicht für Schicht baut sich anhand der eingegebenen Geometriedaten ein dreidimensionales Objekt auf. Als Ausgangsmaterial dient ein speziell für dieses Verfahren entwickeltes Kunststoffpulver, das in die Anlage auf eine sogenannte Bauplattform eingebracht wird. Ein Infrarotlaser sintert die Formen Schicht für Schicht in das Pulverbett, indem sich die Bauplattform nach jedem Sintervorgang minimal nach unten bewegt. Auf diese Weise ergeben sich Schichtdicken zwischen 1 bis 200 Mikrometern.

Sintern ist ein dem Schmelzprozess ähnliches Verfahren, dass Werkstoffe gezielt verändert. Es handelt sich dabei bei einem partiell aufschmelzenden Prozess oder einen Flüssigphasen-Sinterprozess, bei dem der Werkstoff vollständig zur Schmelze gebracht wird. Eine Besonderheit dieses Verfahrens ist, dass der Werkstoff erst durch den Prozess selbst seine endgültigen Eigenschaften erhält.

Lasersintern produziert qualitativ hochwertige Objekte

Die Produktqualität der Objekte liegt sehr nah an der mittels Spritzguss-Verfahren produzierten Werkstücken. Aus mechanischer Sicht weisen sie eine sehr hohe Genauigkeit auf. Das verwendete Material ist mechanisch und thermisch hoch belastbar und weist eine hohe Resistenz gegen Chemikalien auf. Nach der Fertigstellung der Werkstücke lässt sich das Material problemlos einfärben oder lackieren.

Da sich das SLS-Verfahren immer mehr in Richtung Rapid-Manufacturing bewegt, ist die hohe Altersbeständigkeit der Werkstoffe ein zusätzlicher Vorteil.

Unternehmen als Spezialisten

Der Haupteinsatzbereich liegt immer noch im Prototyping, obwohl sich die Entwicklung immer weiter in Richtung Rapid-Manufacturing bewegt. Vor allem in Spezialgebieten wie in der Medizintechnik, im Sondermaschinenbau, der Innenarchitektur oder der Luft- und Raumfahrttechnik gewinnt das innovative Verfahren an Bedeutung.

Allerdings reduzieren sich die Kosten alleine durch den Einsatz im Prototyping signifikant. Denn der Zeitgewinn und die Kosteneinsparung für die Forschung und Entwicklung sind außergewöhnlich hoch. Dies liegt nicht nur an der schnellen und kostengünstigen Produktion, sondern auch an der detailgetreuen mechanischen Funktion, die diese Prototypen mit sich bringen. Funktionstests oder Pass-, Form- oder Einrastprüfungen sind mit diesen Prototypen problemlos durchzuführen.

Inzwischen bieten auf dem Gebiet des Prototypings erfahrene Unternehmen unterschiedliche Thermoplaste an. So hat der Kunde die Wahl zwischen dem für das Lasersintern entwickelten Polyamid PA 1101 oder PA 1102 oder speziellen Thermoplasten mit Glasfaser. Diese glasfaserverstärkten Thermoplaste zeichnen sich durch eine besondere Steifigkeit, Zähigkeit und Härte sowie eine hohe mechanische Festigkeit aus.

Der Weg vom Prototyping zum Rapid-Manufacturing

Seit längerer Zeit tendiert die Forschung immer mehr in Richtung Rapid-Manufacturing. Obwohl bereits heute von darauf spezialisierten Unternehmen kleinere Stückzahlen von Werkstücken produziert werden, liegt die Massenfertigung noch in der Entwicklung. Denn die Produktion großer Stückzahlen erfordert eine massive Erhöhung der Baurate, die mit den verfügbaren Lasersintern mit mehr als 1 kW Laserleistung nicht erzielt wird.

Aber wer dachte schon vor 10 Jahren daran, wie leistungsfähig die Mobiltelefone der Zukunft sein werden? Bereits das erste iPhone von Apple überzeugte mit seinem für diese Zeit unglaublichen Leistungsspektrum. Nicht anders wird sich die Entwicklung des Rapid Manufacturing gestalten.

Immerhin arbeiten hochrangige Entwickler intensiv am selektiven Elektronenstrahlsintern, das sich aktuell noch im Entwicklungsstadium befindet. Bereits zum jetzigen Zeitpunkt erzielt das Verfahren Leistungen von bis zu 10 kW. Dies bedeutet eine drastisch erhöhte Baurate und einen großen Schritt weiter in Richtung Rapid-Manufacturing in der Massenproduktion.

Weiterlesen: Noch mehr rund um die Lasersintern Technologie und ihre Rolle in Produktionsprozessen der Zukunft.



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