Selektives Laserschmelzen

Das Selektive Laserschmelzen (englisch Selective Laser Melting (SLM)) ist ein generatives Fertigungsverfahren, das zur Gruppe der Strahlschmelzverfahren gehört.

Verfahrensprinzip Selektives Laserschmelzen

Beim Selektiven Laserschmelzen wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf eine Grundplatte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht.^[1]

Anschließend wird die Grundplatte um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind. Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver gereinigt, nach Bedarf bearbeitet oder sofort verwendet.

Die Daten für die Führung des Laserstrahls werden aus einem 3D CAD-Körper mittels Software erzeugt. Im ersten Berechnungsschritt wird das Bauteil in einzelne Schichten unterteilt. Im zweiten Berechnungsschritt werden für jede Schicht die Bahnen (Vektoren) erzeugt, die der Laserstrahl abfährt.

Durch Selektives Laserschmelzen gefertigte Bauteile zeichnen sich durch große Bauteildichten (> 99 %) aus. Dies gewährleistet, dass die mechanischen Eigenschaften des generativ hergestellten Bauteils weitgehend denen des Grundwerkstoffs entsprechen.

Werkstoffe

Für die Herstellung des Pulvers wird Vollmaterial verdüst, mechanisch zerkleinert oder in Lösung chemisch abgeschieden.

Die für das Laserschmelzen verwendeten Werkstoffe sind Serienwerkstoffe, die keine Bindemittel enthalten. Verwendete Werkstoffe sind zum Beispiel:

• Edelstahl
• Werkzeugstahl
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Titan und Titanlegierungen
• Kobalt-Chrom
• Nickelbasislegierungen
• Kupferlegierungen
• Keramik
• Kunststoffe

Namensgebung

Das Verfahren wurde maßgeblich am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik entwickelt.^[2] Im Zuge der weiteren Prozess- und Anlagenentwicklung wurden von den verschiedenen Maschinenherstellern unterschiedliche Namen für das beschriebene Verfahrensprinzip geprägt. Für das Laserschmelzen werden folgende Namen verwendet:

• Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
• Lasercusing®
• Selective Laser Melting (SLM®)

SLM spezifische Bauteilgestaltung

• Mischbauweise/Hybridbauweise

Unter der Mischbauweise/Hybridbauweise bei SLM-Verfahren versteht man ein zum Teil generativ gefertigtes Bauteil. Hierbei wird auf eine ebene Fläche eines ersten, konventionell gefertigten Bauteilbereichs im anschließenden SLM-Prozess ein zweiter, generativ gefertigter Bauteilbereich aufgebaut. Der Vorteil der Hybridbauweise liegt darin, dass das durch das SLM-Verfahren zu fertigende Bauvolumen eines Bauteils stark reduziert werden kann und insbesondere einfache Geometrien konventionell sowie geometrisch anspruchsvollere Bereiche mittels des SLM-Verfahrens aufgebaut werden können. Damit wird die Bauzeit sowie die Kosten für das Pulvermaterial auf Grund des geringeren Volumens für den durch das SLM-Verfahren gefertigten Bauteilbereich reduziert. ^[3]

Einzelnachweise

1. ↑ Jean-Pierre Kruth u.a.: Binding Mechanisms in Selective Laser Sintering and Selective Laser Melting, In: Rapid prototyping journal, 11 (1), 2005, pp. 26-36. ISSN 13552546
2. ↑ Wilhelm Meiners: Direktes Selektives Laser Sintern einkomponentiger metallischer Werkstoffe, Dissertation, RWTH Aachen 1999.
3. ↑ Special Tooling 1/02: Werkzeugkerne mit Laserenergie generieren, 2002, Seiten 12-15.