Technologie

Die im Projekt werden die additiven Fertigungsverfahren und im Speziellen das Selektive Laserschmelzen behandelt.

Selektives Laserschmelzen

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist ein Prozess, der dreidimensionale Teile durch Verschmelzen von feinen metallischen Pulvern erzeugt. Das Verfahren verwendet einen Hochleistungs-Ytterbium-Faserlaser, um das Pulver zu verschmelzen; Das Metall wird vollständig zu einer festen homogenen Masse geschmolzen. Die Technologie wurde von der F & S – Stereolithographietechnik GmbH und dem Fraunhofer ILT erfunden. Die Popularität von metallbasierten Prozessen wächst.

Die SLM-Technologie wird für die Funktionsprüfung von Prototypen sowie für die Herstellung von komplexen Endverbrauchsteilen in geringem Volumen und für den Aufbau hochkomplexer organischer Strukturen eingesetzt. Darüber hinaus wird SLM breit angewendet, um Leicht- und Gitterstrukturen zu erzeugen. Aufgrund der inhärenten geometrischen Komplexität der Technologie und der hervorragenden Materialeigenschaften sind viele Branchen von dieser Technologie profitiert worden, z.B. Die Automobil-, Luft- und Raumfahrt, Werkzeuge, Schmuck und die medizinische Industrie.

Prinzip der Schichtgenerierung

Beim SLM wird feines Metallpulver verwendet, um ein Bauteil schichtweise aufzubauen. Der Prozess wird unter geschlossener Schutzgasatmosphäredurchgeführt, um die maximale Teilequalität zu erreichen. Zuerst wird eine Schicht Pulver auf die Bauplattform gelegt. Der Ytterbium-Laser verfolgt die Bauteilkontur des Teils, wodurch die jeweiligen Partikel (> Schmelztemperatur) zusammen verfestigt und geschmolzen werden. Das übrige Pulver dient als zusätzliche Stützstrukturen. Nach Beendigung eines Querschnitts wird die Plattform um die Höhe einer Schicht abgesenkt und eine weitere Schicht des Rohmaterials auf das bestehende Modell gelegt. Jedes Mal, wenn der Laser eine neue Pulverschicht verflüssigt, schmelzen sowohl das vorhandene Material als auch das Rohmaterial und es entsteht eine neue Form. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Teil fertig ist.

 

Bauraumvolumen

Die SLM 500HL der SLM Solutions GmbH bietet eine Baugröße von 500x280x325 (x / y / z in mm), gefolgt von der SLM 250HL mit einem Volumen von 250x250x300. Dieser Bereich kann durch das Verschachteln (Nesting) sowie Stapeln von Bauteilen optimal ausgenutzt werden.

Bauzeit und Aufbaurate

Die Bauzeit hängt von der Schichtdicke und dem verarbeiteten Material ab. Mit feineren Schichten können genauere Teile hergestellt werden; Höhere Schichten benötigen jedoch stärkere Lasermodule. Im Durchschnitt liegen die Bauzeiten bei 7-30 cm³ / h für SLM. Im Allgemeinen dosieren Pulverbett-Fusionsprozesse aufgrund der Vorwärme- und Abkühlungszyklen länger für die Bauteilkonstruktion als andere AM-Prozesse.

Oberflächenqualität und Genauigkeit

Die Oberflächenqualität lässt sich als Funktion der Schichtdicke, Pulverform und Pulvergröße darstellen. Feinere Partikel bilden eine größere Fläche und absorbieren die Laserenergie effizienter als grobe Partikel. Um den besten Kompromiss zwischen Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität, Aufbaugeschwindigkeit und mechanischen Eigenschaften zu erzielen, muss die Temperatur des Pulverbettes, der Laserleistung, der Scangeschwindigkeit und des Scanabstandes optimal ausgerichtet sein. Dank des fokussierten Hochleistungsstrahls können Teile mit einer Dichte von über 95% gebaut werden. Die minimale Schichtdicke beträgt etwa 20 μm. Bei SLM-Maschinen können Schichtdicken von 25 μm und eine Oberflächengüte um Ra = 5 μm realisiert werden.

Material

Verarbeitungsmaterial: Für beide Prozesse steht bereits eine Vielzahl von Metallpulvern zur Verfügung. Um verarbeitbar zu sein, sollten die Körner rund sein und ihr Durchmesser sollte zwischen 10 und 45 μm liegen. Die Legierungen müssen frei von Bindemitteln oder anderen Additiven sein. Im Allgemeinen können fast alle Metalle mit SLM verarbeitet werden. Werkzeugstahl H13, Edelstahl 316 L, Titan TiV4, Titan, Cobalt Chrome, Inconel, Aluminium und Gold sind Materialien, die für SLM-Prozesse zugelassen sind. Wenn die Prozessparameter für ein spezielles Material noch nicht standardisiert sind, bieten die Hersteller in Zusammenarbeit mit dem Kunden die entsprechenden Arbeitsspezifikationen an.

Stützmaterial: Die Stützstruktur (Support) wird benötigt, um die auftretenden Spannungen während des Bauprozesses zu absorbieren. Für Supportstrukturen wird dasselbe Material wie für das Bauteil selbst verwendet und diese müssen anschließend entfernt werden.

Nachbearbeitung

Gewöhnliche Nachbearbeitungsschritte sind Stützmaterialentfernung, Kugelstrahlen und Polieren. Da Teile, die mittels SLM gebaut werden, mit konventionell gebauten Teilen vergleichbar sind, können sie auf die gleiche Weise überarbeitet werden, einschließlich Bearbeitung, Schweißen, Erodieren usw.

Quelle: DMRC