Selektives Laserschmelzen (SLM)

SLM

Die Abkürzung SLM steht für Selective Laser Melting, zu deutsch Selektives Laserschmelzen. Das SLM-Verfahren bzw. der SLM-Druck ist Teil der additiven Fertigung. Dabei werden Werkstücke aus Metall mit einem SLM-3D-Drucker erzeugt.

Funktionsweise eines SLM-3D-Druckers

Selective Laser Melting (SLM) basiert auf dem Schichtaufbauprinzip, bei dem Metallpulver durch einen leistungsstarken Laser selektiv geschmolzen wird, um komplexe Geometrien zu erzeugen. Es gehört zu den generativen, aufbauenden Verfahren, im Gegensatz etwa zum subtraktiven Verfahren Zerspanung. Weitere Bezeichnungen für den 3D-Druck wären Rapid Prototyping oder Rapid Manufacturing.

Der SLM-Druckvorgang beginnt mit einer dünnen Schicht Metallpulver, das auf eine Bauplattform aufgetragen wird (Pulverbett). Ein Laserstrahl mit hoher Energie schmilzt gezielt die Bereiche des Pulvers, die dem Design des Bauteils entsprechen. Sobald die erste Schicht verfestigt ist, wird eine neue Schicht Pulver aufgetragen, und der Prozess wiederholt sich, bis das komplette Bauteil entstanden ist.

Mit SLM ist es möglich, vollständig dichte und mechanisch belastbare Metallteile zu produzieren. Das Verfahren eignet sich insbesondere für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Automobilindustrie: Mit Selektivem Laserschmelzen (SLM) stellen Sie komplexe Geometrien, interne Strukturen und funktionale Bauteile her, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht oder nur schwer umsetzbar wären.

SLM verwendet eine Vielzahl von Metalllegierungen, darunter Titan, Aluminium, Edelstahl und Nickellegierungen. Das eröffnet eine große Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten. Um die Oxidation des Metallpulvers während des Prozesses zu verhindern, findet der Druck in einer inerten Schutzatmosphäre statt, siehe unten.

Die hohe Präzision des Lasers und die feine Kontrolle über den Schmelzprozess ermöglichen es, Bauteile mit minimalem Materialabfall und optimaler Materialausnutzung zu fertigen. Dies macht Selective Laser Melting (SLM) zu einer kosteneffizienten und nachhaltigen Lösung in der additiven Fertigung per Metall 3D-Drucker.

Andere Arten von Metall 3D-Druckern

Auf maschinenauswahl.de finden Sie einen Überblick über alle Methoden für Metall 3D-Druck in der additiven Fertigung. Weitere Verfahren sind:

Komponenten eines SLM-3D-Druckers

Ein Metall 3D-Drucker für Selektives Laserschmelzen (SLM) besteht aus nachfolgenden Komponenten: Eine Bauplattform, auf der das Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Ein Hochleistungslaser schmilzt präzise das Metallpulver. Ein Pulverauftragssystem verteilt das Metallpulver gleichmäßig. Eine Schutzkammer verhindert mit inertem Gas die Oxidation während des Druckvorgangs. Ein Kühlsystem sorgt für die Temperaturregulierung des Lasers und des Bauteils. Die Steuerungseinheit überwacht den gesamten Druckprozess und gewährleistet die Präzision des Aufbaus. Filtersysteme sorgen für saubere Arbeitsbedingungen, indem sie überschüssiges Pulver entfernen.

SLM in der industriellen Fertigung

Beispiele für Werkstücke, welche mit Selektivem Laserschmelzen erzeugt werden:

Luft- und Raumfahrt: Turbinenschaufeln, Triebwerkskomponenten, Strukturbauteile, Hitzeschilde und Brennkammern
Medizintechnik: Zahnimplantate, Hüftprothesen, Wirbelsäulenimplantate, Knochenplatten und chirurgische Instrumente
Automobilindustrie: Motorblöcke, Turbolader, Getriebegehäuse, Abgaskrümmer und Bremssättel

Materialien und Erfolgsfaktoren beim Selective Laser Melting (SLM)

Bei der Pulverbett-Technologie mit SLM gelten für die verschiedenen Metalle bzw. Legierungen identische Bedingungen wie beim Verfahren mit einer Pulverdüse bzw. Laser Engineered Net Shaping. Die Materialien sind anfällig für Oxidation, daher erfordert die Verarbeitung eine stabile und inerte Schutzatmosphäre. Diese Atmosphäre entsteht in einer Schutzkammer in Form von Gasen. Üblicherweise werden verwendet:

Für Edelstahl: Argon oder Stickstoff
Für Titan: Argon
Für Nickel: Argon oder Helium
Für Aluminium: Argon

Die Reinheit des verwendeten Metallpulvers ist ein entscheidender Qualitätsfaktor beim Metall 3D-Druck. Zu empfehlen ist hochreines, feinkörniges Legierungspulver. Während des 3D-Druckvorgangs muss die Pulverqualität stetig überwacht werden. So erreichen Sie die gewünschten mechanischen Eigenschaften für das Werkstück.

Jede der oben genannten Metalllegierungen reagiert anders auf die thermischen Prozesse, welche beim SLM ablaufen. Es besteht das Risiko der Rissbildung bzw. kann sich das Werkstück auch leicht verziehen.

Edelstahl hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, weshalb eine exakte Temperaturkontrolle erforderlich ist.
Titan hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was die Kontrolle von Temperatur und Abkühlraten während des Drucks erforderlich macht.
Nickel-Legierungen haben eine gute Wärmeleitfähigkeit und neigen zu hoher thermischer Ausdehnung, daher sollte die Wärmeableitung überwacht werden.
Aluminium aufweist ebenso eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.

Entsprechendes Augenmerk verlangt beim Selective Laser Melting (SLM) die Temperaturkontrolle, wobei Laserstärke und Schichthöhe wichtige Faktoren sind. Sie bestimmen darüber hinaus Dichte und Festigkeit des Bauteils.

Aluminium neigt zur Porosität. Das Metallpulver muss besonders gleichmäßig und rein gehalten werden. Sollen dichte und stabile Bauteile entstehen, ist eine exakte Pulverdosierung und die richtige Laserstärke von großer Bedeutung. Wartungswerkzeuge zur Reinigung von Druckdüsen und Laseroptik sind obligatorisch.

Führende Hersteller für SLM-3D-Drucker

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