Häufige Fragen zum Metall 3D-Druck / Selektives Laserschmelzen / Lasersintern

Auf dieser Seite finden Sie Antworten zu häufig gestellten Fragen in Bezug auf den Metall 3D-Druck durch Selektives Laserschmelzen bei Rosswag Engineering.

 

Was ist additive Fertigung, Metall 3D-Druck und Selektives Laserschmelzen? Was ist der Unterschied zwischen Laserschmelzen und Lasersintern? Was muss bei der Konstruktion beachtet werden? Welche Vorteile ergeben sich durch den Metall 3D-Druck? Welche Werkstoffe sind für den Metall 3D-Druck verwendbar? Für welche Bauteile und Anwendungen ist der Metall 3D-Druck geeignet? Ist der Metall 3D-Druck mit dem Kunststoff 3D-Druck vergleichbar?

 

 








Was ist additive Fertigung, Metall 3D-Druck und Selektives Laserschmelzen?

Das Selektive Laserschmelzen (SLM) ist ein additives Fertigungsverfahren zur formlosen Herstellung von Bauteilen aus Metallpulver. Das Verfahren wird oft auch als SLM (Selective Laser Melting), DMLS (Direct Metal Laser Sintering), LaserCUSING, Additive Layer Manufacturing oder Metall 3D-Druck bezeichnet.

Das additive Fertigungsverfahren ist nicht an konventionelle Fertigungsrichtlinien gebunden. Das zu fertigende Bauteil wird aus Metallpulver Schicht für Schicht mithilfe des Lasers durch Mikroschweißprozesse aufgebaut. Dabei entsteht das physikalisch dichte Bauteil endkonturnah im Pulverbett. Nicht aufgeschmolzenes Metallpulver kann nach dem Bauprozess wiederverwendet werden.

Die Gestaltungsvorgaben, die zum Beispiel bei der Zerspanung oder dem Gießen gelten, kommen hier nicht zur Anwendung. Dadurch wird die entsprechend angespasste Komponente unter Umständen zwar nicht mehr konventionell herstellbar, da zum Beispiel Hinterschneidungen entstehen, die mit CNC Nacharbeit nur sehr kostenintensiv oder sogar überhaupt nicht umsetzbar sind. Durch den schichtweisen Aufbau beim Metall 3D-Druck können aber selbst hochkomplexe funktionsoptimierte Geometrien erzeugt werden.

Dazu zählen beispielsweise konturnahe, innenliegende Kanäle, durch die eine wesentlich bessere Kühlwirkung realisiert oder eine kritische Stelle optimal geschmiert werden kann. Darüber hinaus ergibt sich auch die Möglichkeit, Baugruppen zu einem Bauteil zusammenzufassen und diese additiv zu fertigen. Bei diesem als Integralbauweise bezeichneten Design wird der Nachbearbeitungs- und Montageaufwand reduziert, da die einzelnen Komponenten schon während der Fertigung miteinander verbunden werden. Auch Leichtbauanwendungen profitieren vom Metall 3D-Druck, da durch eingebrachte Hohlräume oder Wabenstrukturen an unkritischen Stellen erheblich Gewichtseinsparungen realisiert werden können.

 








Was ist der Unterschied zwischen Laserschmelzen und Lasersintern?

Wie oben beschrieben handelt es sich beim Laserschmelzen um einen Mikroschweißprozess. Bei dem Verfahren werden die einzelnen Körner des Metallpulvers soweit aufgeschmolzen, dass sie sich mit dem umliegenden Material verbinden. So entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen und innerhalb der einzelnen Schichten.

Lasersintern ist ein Verfahren, das vor allem bei Kunststoffen Anwendung findet. Hierbei wird das Material nicht vollständig aufgeschmolzen, sondern nur soweit erhitzt, dass es sich mit den umliegenden Partikeln verbinden kann. So entsteht ein poröses Bauteil, bei dem allerdings für den Aufbau keine Stützstrukturen benötigt sind.

Ein mit dem Selektiven Laserschmelzen hergestelltes Endprodukt zeichnet sich durch das vollständige Metallgefüge durch gute mechanisch-technologischen Eigenschaften aus. Daher sind die Produkte auch für hoch beanspruchte Prototypen und Bauteile verwendbar.

Häufig wird der Begriff Selektive Lasersintern verwendet, selbst wenn es sich um Metallbauteile handelt und damit das Fertigungsverfahren Selektive Laserschmelzen Anwendung findet.

 








Was muss bei der Konstruktion beachtet werden?

Das Metall 3D-Druck Verfahren Selektives Laserschmelzen ermöglicht wesentlich höhere Freiheiten in der Gestaltung von Bauteilen. Viele der Restriktionen konventioneller Fertigungsverfahren gelten nicht oder nur in eingeschränkter Ausprägung. Trotzdem müssen Gestaltungsrichtlinien eingehalten werden, um qualitativ hochwertige, funktionale Bauteile wirtschaftlich fertigen zu können.

Beispielsweise müssen Formschrägen, die in Bezug auf die Aufbaurichtung einen Winkel größer oder gleich 45° haben, durch Stützstrukturen abgestützt werden. Andernfalls entstehen Überhänge, an denen es zu Prozessfehlern kommt. Im besten Fall resultiert daraus eine minderwertige Oberflächenqualität, im schlechtesten Fall ist das Bauteil an dieser Stelle beschädigt oder der Prozess muss abgebrochen werden. Die Stützstrukturen werden im Preprocessing konstruktiv vorgesehen und später dann bspw. durch spanende Fertigungsverfahren entfernt.

Auch innenliegende Kanäle müssen ab einem Durchmesser von über 8 mm abgestützt werden. Alternativ können die Kanalgeometrien beispielsweise gotisch- oder dreiecksförmig ausgeführt werden. Da sich diese Formen selbst stützen, müssen keine Stützstrukturen vorgesehen werden.

Vor allem erfahrene Konstrukteure stehen vor der Herausforderung, ihr bestehendes Knowhow auf die neue Denkweise des Metall 3D-Druck Verfahren anzupassen. Hierfür hat Rosswag Engineering ein spezielles Workshop Format entwickelt.

 








Welche Vorteile ergeben sich durch den Metall 3D-Druck?

Der Nutzen für Ihr Bauteil hängt stark von der Geometrie und Anwendung ab. In der Regel können aber folgende Vorteile erzielt werden.

  • Gewichtsreduktion durch Topologieoptimierung oder Leichtbaustrukturen
  • Funktionsoptimierung durch hybride oder integrale Bauweise
  • Konstruktive Freiheitsgrade bei der Bauteilentwicklung
  • Kürzere Lieferzeiten (abhängig von der Bauteilgeometrie)
  • Integration in den Produktentwicklungsprozess für Prototypen

 








Welche Werkstoffe sind für den Metall 3D-Druck verwendbar?

Prinzipiell kann mit dem Metall 3D-Druck Verfahren Selektives Laserschmelzen jede schweißbare Metalllegierung verarbeitet werden. Allerdings müssen für jeden Werkstoff die individuellen Prozessparameter qualifiziert werden. Die dafür nötigen Parameterstudien stellen einen erheblichen Aufwand dar und werden von den erfahrenen Ingenieuren von Rosswag Engineering übernommen.

In der Regel empfehlen wir deswegen für erste Musterbauteile auf unsere Standardwerkstoffe zurückzugreifen.

  • Edelstahl (1.4404)
  • Werkzeugstahl (1.2709)
  • Aluminium (AlSi10Mg)
  • Titan (Ti6Al4V)
  • Nickelbasis Legierung (Alloy 718)

Weitere Werkstoffe können jederzeit auf Anfrage qualifiziert werden. Dafür verfügen wir über unsere eigene Verdüsungs-, sowie Aufbereitungs- und Prüftechnologie. Unser 6000 Tonnen Materiallager umfasst über 400 Werkstofflegierungen, mit dem wir Ihnen ein individuelles Metallpulver entwickeln, herstellen und qualifizieren können.

 








Für welche Bauteile und Anwendungen ist der Metall 3D-Druck geeignet?

Das Metall 3D-Druck-Verfahren Selektives Laserschmelzen hat den entscheidenden Vorteil, dass das Bauteil aus Metallpulver schichtweise, form- und werkzeuglos aufgebaut wird.

Das Verfahren ist nicht für jede Anwendung geeignet. Vor allem bei einfachen Geometrien stellen die im Vergleich zur konventionellen Fertigung höheren Fertigungskosten der Rohteile einen Nachteil dar. Diese können nur dann gerechtfertigt werden, wenn durch die additive Herstellung ein Mehrwert in das Bauteil eingebracht werden kann, der mit anderen Fertigungstechnologien nicht realisierbar ist. 

Wir geben Ihnen gerne eine erste Einschätzung für die Machbarkeit Ihres Bauteils.

Durch die Prozesseigenschaften eignet sich der Metall 3D-Druck ideal zur Herstellung von Prototypen, Werkzeugen und Kleinserien direkt aus 3D CAD-Daten. Mittels Selektivem Laserschmelzen hergestellte Bauteile zeichnen sich durch komplexe, funktionsoptimierte Geometrie und gute Materialeigenschaften aus.

Die Bauzeit von Metallbauteilen ist vorrangig abhängig vom aufzuschmelzenden Materialvolumen des Bauteils und der benötigten Stützstruktur. So beträgt die Fertigungsdauer im SLM-Prozess von der Bestellung bis zur Fertigstellung je nach Auftragslage lediglich wenige Stunden bis Tage. 

 








Ist der Metall 3D-Druck mit dem Kunststoff 3D-Druck vergleichbar?

Kunststoffe lassen sich in zahlreichen Verfahren additiv verarbeiten. Dazu gehört die Stereolithographie, das extrusionsbasierte Verfahren, das Binder-Jet-Verfahren und auch das Selektive Lasersintern und Laserschmelzen

Die Maßhaltigkeiten und Toleranzen der beiden Verfahren sind vergleichbar. Diese liegen normalerweise je nach Schichtdicke zwischen 0,1 und 0,2 mm.

Bauteile aus Kunststoff werden häufig für Designprototypen ohne Funktion und ohne Belastung verwendet. Diese werden aber aufgrund ihrer geringen Festigkeit häufig nicht den mechanischen Anforderungen eines funktionalen Prototyps gerecht. Die Kunststoff-Bauteile weisen häufig sehr spröde Materialeigenschaften auf.

Auch die Konstruktionsrichtlinien unterscheiden sich zu denen der Metall 3D-Drucks. Beim Kunststoff 3D-Druck werden weniger bzw. keine Stützstrukturen benötigt, unter anderem da kein Verzug auftritt, der beim Drucken von Metall an kritischen Stellen durch Stützen verhindert werden muss. Die Stützstrukturen dienen außerdem zur Wärmeleitung, die bei Kunststoff keine Relevanz hat.

Oft sind die Stützstrukturen beim Kunststoffdruck auch wasserlöslich und können damit sehr einfach entfernt werden. Auch aus diesem Grund gestaltet sich die Nachbearbeitung von gedruckten Kunststoffbauteilen wesentlich unproblematischer.