• Selektives Lasersintern – (SLS) | Alumide (PA12 mit Aluminiumanteil)

Selektives Lasersintern

Aus der Revolution wird Ihre Success-Story.

Die generative Herstellung von Kunststoffbauteilen hat im Rahmen des Rapid Prototyping die Produktentwicklung revolutioniert und setzt ihren Siegeszug konsequent fort.

Lasersintern – Unsere Leistungen

  • Schnelle, flexible und kostengünstige Präzisionsfertigung von Produkten, Formen/Werkzeugen oder Modellen direkt aus CAD-Daten
  • In der konventionellen Produktion schränken kreisförmige oder lineare Werkzeugbewegungen die Konstruktion ein. Selektives Lasersintern entfesselt die Konstruktion, bietet weitestgehende bis unbegrenzte Designfreiheit für neue Produktkonzepte und Systemproduktivität
  • SLS repräsentiert die maximale Spannweite an Applikationen, für nahezu jegliche Spezifikationen, funktionellen Integrationen, Hinterschneidungen und Hohlräume ist der Konstruktionsweg frei
  • Außergewöhnliche Leistungs- und Belastungskurven (thermisch und mechanisch) zeichnen die mit hochwertigem Polyamid direkt im Pulverbett generierten Geometrien aus. Bauraumdimensionen sind über die standarisierten Größen hinaus möglich und die Oberflächen lassen sich auf vielfältige Weise veredeln. Mehr dazu finden Sie unter Oberflächentechnik.
  • Auf den fortschreitenden Markttrend hin zu individualisierter, auch dezentral organisierter Serienproduktion von Gebrauchs- und Ersatzteilen steht mit unserem SLS-Verfahren die perfekt zugeschnittene, wirtschaftliche sowie risikominimierende Herstellungsmethodik zur Verfügung.
  • Wir verstehen uns als Ihr innovativer Dienstleister und bieten Consulting auf höchstem Niveau.

Selektives Lasersintern ist das lasergestützte Kernverfahren, das additiv, durch Schichtbauweise, über das größte Potenzial und Anwendungsspektrum im Rapid Prototyping verfügt. Erfolgsfaktoren wie Flexibilität, Effizienz und Innovationskraft prägt es damit maßgeblich. In einem persönlichen Gespräch beraten wir Sie im Detail und versprechen eine optimale Zielerreichung!

Selektives Lasersintern Verfahren
SLS - Lasersintern - Prozess

Was ist Lasersintern?

Lasersintern lässt sich als ein generatives Schichtbauverfahren definieren. Mit Hilfe von Laserstrahlen bzw. durch das Sintern können dabei die unterschiedlichsten dreidimensionalen Geometrien aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff modelliert werden. Verfahrenstechnisch wird das verwendete Pulver in dünnen Schichten mittels eines Lasers verschmolzen. So entsteht das jeweilige Werkstück Schicht für Schicht in einer Art Pulver-Bad, wobei auch komplexe und sonst schwer anzufertigende innere Geometrien realisiert werden können.

Die Werkstücke bzw. Geometrien können auch Hinterschneidungen haben, die sich durch konventionelle Fertigungsmethoden nicht anfertigen lassen. Dabei werden beim Lasersintern keinerlei Stützstrukturen zur Unterstützung benötigt. Das Bauteil wird stattdessen bei seiner Herstellung stets vom Pulver selbst gestützt. Lasersintern findet daher auch häufig im Rapid Prototyping Anwendung. 

Das Selektive Lasersintern (SLS) ist diesbezüglich gerade für die Herstellung von Bauteilen prädestiniert, die sonst aus verschiedenen Komponenten aufwendig zusammengesetzt bzw. gebaut werden müssten. Dabei werden kurze Fertigungszeiten und hohe Festigkeiten erzielt. Es können mit entsprechenden Maschinen aber nicht lediglich Prototypen, sondern zudem auch mittelgroße Serien gefertigt werden. Als Material wird vorzugsweise Nylon, auch unter der Bezeichnung PA2200 (PA12) bekannt, verwendet. Nylon zeichnet sich dabei durch universelle Einsatzmöglichkeiten sowie durch Temperaturbeständigkeit und eine hohe mechanische Belastbarkeit aus.

Lasersintern Materialien

Seit nunmehr 20 Jahren hat sich das Lasersintern zu einem in der Industrie etablierten Verfahren entwickelt. Mittels Selektivem Lasersintern lassen sich präzise und schnell Bauteile, die aus verschiedensten Materialien bestehen können, generieren. Gerade Metall und vor allem auch Kunststoff werden dabei bereits in vielfältiger Form verarbeitet. Demgegenüber steckt die Verarbeitung von Keramik quasi noch in den Kinderschuhen. Allerdings kommt es mittlerweile auch diesbezüglich zu immer komplexeren Verarbeitungsszenarien. In der Regel werden konventionelle Sinterverfahren bei vergleichsweise langen Haltezeiten sowie bei hohen Temperaturen durchgeführt. Bei der Laserbearbeitung steht im Gegensatz dazu lediglich eine kurze Einwirkzeit zur Verfügung, daher sind hier völlig andere Prozesse bzw. Abläufe gefragt.

Lasersintern Kunststoff

Grundsätzlich kommen für die Erstellung von Bauteilen im Rahmen des Selektiven Lasersinterns zahlreiche Kunststoffe in granularer Form infrage. Insbesondere das besonders widerstandsfähige Nylon sowie Polysterine, die auch bei anderen 3D-Druckverfahren zur Herstellung hochwertiger Gussformen verwendet werden, kommen diesbezüglich vorzugsweise zum Einsatz. Für dieses Verfahren werden spezielle Anlagen benötigt. So müssen diese mit funktionellen CO2-Lasern ausgerüstet sein, deren Wellenlänge sehr gut von dem Kunststoff absorbiert wird.

Da der Kunststoff nur über eine schlechte Wärmeleitung verfügt, würde das Pulver bei entsprechender Einwirkung des Laserstrahles lediglich in dünnen Schichten aufschmelzen; bei einer höheren Leistung kommt es sogar zu einer sofortigen Verdampfung. Um Szenarien dieser Art zu umgehen wird das Pulver in der Anlage vorgeheizt. Der Anwender definiert dabei eine Temperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes liegt. Die Restenergie, die für den Schmelzvorgang erforderlich ist, wird dann bei einer hohen Ablenkgeschwindigkeit von 10 m/s sowie einer vergleichsweise geringen Laserleistung von 50 W eingebracht. Durch diese Konstellation lässt sich diesbezüglich eine hohe Baugeschwindigkeit erzielen. Die zum Beispiel derzeit leistungsfähigsten und größten Anlagen verfügen dabei über ein Bauvolumina von bis zu 70 × 38 × 58 cm³, wobei parallel mit zwei Lasern sowie zwei Scannern gearbeitet wird.

Mittels des Werkstoffes Polystyrol können Anwender dabei zum Beispiel sehr einfach so bezeichnete verlorene Modelle (hier: nur einmal verwendbare Modelle) für Gussformen anfertigen. Dabei werden von den Polystryrolteilen entsprechende Abgüsse erstellt; anschließend wird dann das Polystyrol ausgebrannt. Diese Technologie stellt insbesondere für den Feinguss eine echte Alternative zur konventionellen Fertigung von Wachsmodellen dar.

Auch für den Vakuumguss können Urmodelle generiert werden. 

Mit hochfesten Werkstoffen wie zum Beispiel Polyamid bzw. Nylon lassen sich außerdem seriennahe Rapid Prototyping Kunststoffteile sowie auch Kleinserien realisieren. Je nach verwendeter Füllung (Karbon, Glas, Aluminium) können dann spezifische Eigenschaften wie etwa eine bestimmte Temperaturbeständigkeit oder eine explizit hohe Festigkeit erzielt werden. Werden dabei spezielle Modifikationen des Pulvers genutzt, ist es auch jederzeit möglich, elastische Bauteile herzustellen.

Lasersintern Metall

Während insbesondere in der Anfangszeit des Rapid Prototypings noch im Zuge der additiven Fertigung anhand des Selektiven Lasersinterns der Fokus vorrangig auf Kunststoff lag, kommen nunmehr immer häufiger metallische Werkstoffe zum Einsatz. Durch Materialien, wie zum Beispiel dem Metallwerkstoff LaserForm ST-100, konnte so ein deutlich breiteres Anwendungsspektrum generiert werden. Metallische Werkstoffe eignen sich dabei vor allem für die Umsetzung minimaler Querschittsdicken, die eine grundsätzliche hervorragende Oberflächenqualität der herzustellenden Bauteile gewährleisten. Durch die erzielte Qualität ist eine darüber hinaus gehende Nachbearbeitung quasi obsolet. Zudem sorgt die Optimierung des SLS Verfahrens hin zu einem feingranularen Lasermikrosintern genau dafür, dass sämtliche bekannten Metalle genutzt und in hochqualitative Werkstücke umgemodelt werden können.

Analog zu den Kunststoff-Lasersinter-Anlagen waren ebenfalls die ersten Metall-Lasersinter-Anlagen mit CO2-Lasern ausgestattet. Laser dieser Art wurden insbesondere – in der Abfolge Grünkörper, Infiltration sowie Nachsinterung – zum mehrstufigen Sintern eingesetzt. Zudem konnte mit diesen Lasern auch das einstufige Sintern von Spezialpulvern realisiert. Als Spezialpulver werden eutektoide Pulverlegierungen oder niedrigschmelzendem Pulver definiert. In den vergangenen Jahren hat sich nun aber ein diesbezüglicher Wandel vollzogen: Jetzt stehen Festkörperlaser in Form von Faserlasern oder Scheibenlasern im Fokus., wobei die jeweilige Wellenlänge eine optimierte Fokussierbarkeit sowie eine bessere Strahlungseinkopplung in das Pulverbett ermöglicht.

Lasersintern Keramik

Das Material Keramik stand nahezu von Beginn an im Fokus der Lasersinter Verfahren. Die ersten tatsächlich brauchbaren Teile wurden dabei mittels mehrstufiger Verfahren (Grünformen, Infiltrieren sowie Nachsintern) hergestellt. Zum Sintern werden dabei in der Regel CO2-Laser eingesetzt, da die Wellenlänge hervorragend von einem Material wie Keramik absorbiert wird. Im Zuge herkömmlicher Verfahrenswege wird dabei Keramikpulver mit Flüssigkeit zu so bezeichnetem Schlicker verarbeitet. Der Schlicker, der eine breiige Konsistenz aufweist, ist charakterisiert durch eine hohe Dichte sowie durch eine hervorragende Streichfähigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften lassen sich aus dem Schlicker leicht dünne Schichten generieren. Auch für das Lasersintern stellt diese Möglichkeit eine geeignete Variante dar, jedoch ist es diesbezüglich unabdingbar, dass vor dem eigentlichen Sintern die aufgetragene Schicht getrocknet wird.

Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens konnten bereits größere Bauteile erstellt werden. In diesem Kontext ist besonders die Fertigung von porösen Gussformen interessant. Denn durch die offenporige Struktur kann die Luft entsprechend entweichen. Allerdings steht hier eine industrielle Umsetzung noch aus. 

Als besonders schwierig präsentiert sich die Verarbeitung von trockenem Keramikpulver. Dies liegt vornehmlich genau in dem Umstand begründet, dass die Pulver ohne separate Verdichtung lediglich zu einer vergleichsweise geringen Dichte gerakelt bzw. verarbeitet werden können. Der Werkstoff Zirkonoxid (hier: Hochleistungskeramik) stellt dabei eine explizite Ausnahme dar, denn Zirkonoxid verfügt eh schon über eine relativ hohe Dichte. Daher kann das Material dann ausreichend dicht gerakelt und anschließend mit dem SLM-Verfahren (SLM: Selektives Laserschmelzen) verarbeitet werden. Auf diesem Wege lassen sich gut konturierte Bauteile fertigen. Das Laserstrahlschmelzen stellt ein additives Fertigungsverfahren dar, bei dem direkt aus einem Pulver bzw. einem pulverförmigen Werkstoff schichtweise Bauteile hergestellt werden.

Lasersintern Formsand

Auch das Verarbeiten von Formsand (Sandguss) ist möglich; im weitesten Sinn gehört Formsand zur Keramik. Zum Einsatz kommen diesbezüglich übliche Quarz-Formsande oder phenolharzgetränkte Aluminium-Silikatsande. Da hier eine enorm hohe Baurate von etwa bis zu 2500 cm3/h generiert wird, kann das Verfahren zur schnellem und flexiblen Herstellung von Sandformen genutzt werden.

Komponenten einer Lasersinter Maschine

Im Hinblick auf den strukturellen Aufbau der Laser Sinter Maschinen haben sich insbesondere zwei Versionen durchgesetzt. Dabei besteht der Aufbau generell aus drei Ebenen: der Laserkammer, dem Bauraum sowie dem Pulverbereich. Die Pulverzuführung erfolgt entweder extern oder es stehen Vorratsbehälter seitlich des Bauraums zur Verfügung. Für den Pulverauftrag zum Baufeld kommen Rollen als Beschichtungssystem oder unterschiedliche Klingensysteme zum Einsatz. Der Bereich, in dem die jeweiligen optischen Komponenten untergebracht sind, ist grundsätzlich hermetisch vom Rest der Maschine abgekoppelt, um etwaige Kontaminationen des verwendeten Pulvers zu vermeiden. Als Schnittstelle zum darunter liegenden Bauraum fungiert das so bezeichnete Laserfenster. Dieses besitzt eine fast vollständige Transmission für den genutzten Laser; so können auf diesem Weg Strahlungsverluste minimiert werden. Neben den verschiedenen Ebenen besteht eine entsprechende Maschine für das Selektive Lasersintern in der Regel zudem aus insgesamt fünf einzelnen Komponenten.

Komponente A: Der Laser

Der Laser ist gemeinsam mit dem 2D-Galvospiegel und anderen optischen Komponenten in der so bezeichneten Laserkammer untergebracht. Meistens kommen dabei gepulste CO2-Laser zum Einsatz. Gegenüber den kontinuierlichen Lasern haben diese den Vorteil, eine höhere Spitzenleistung zu generieren. Kontinuierliche Laser haben demgegenüber eher Vorteile bezüglich der Bestrahlungsdauer. Grundsätzlich haben die Laser beim SLS die Aufgabe, das bereits vorgewärmte Pulver zu erhitzen. Durch die Energie des Lasers werden die einzelnen Pulverpartikel dann aufgeschmolzen, woraufhin sich diese mit umliegenden Partikeln verbinden. Aktuell erreichen die verwendeten Laser Größenordnungen von einem Kilowatt; einige Laserversionen erzielen sogar Leistungen oberhalb dieses Wertes.

Komponente B: Die Scan-Einheit

Die Scan-Einheit ist eine explizit wichtige Komponente, da hier die CAD-Daten entsprechend verarbeitet werden. Dazu wird der Laserstrahl von der Scanner-Einheit auf das Pulverbett umgelenkt. So kann das Gerät dann sämtliche Koordinaten des Bauteils auslesen und den Laser gemäß der Koordinaten zielgerichtet ausrichten. Dabei wird gleichzeitig auch das gesinterte Material auf dem Pulverbrett kontrolliert bzw. untersucht. Erst wenn die Scan-Einheit bei diesem Vorgang eindeutig feststellt, dass das Sintern erfolgreich war und alle Koordinaten berücksichtigt wurden, trägt die Pulverauftrag-Einheit die nächste Pulverschicht auf.

Komponente C: Die Pulverauftrag-Einheit

Diese Komponente sorgt dafür, das – sobald erforderlich – etwas Pulver mittels einer Walze oder einem Rakel vom Pulvertank zur Pulverkammer geführt wird. Durch diesen Vorgang gewährleistet die Maschine eine gleichmäßig aufgetragene Pulverschicht. Dies ist ein ganz entscheidender Faktor. Ist die Pulverschicht nämlich unregelmäßig, kommt es dann auch am Bauteil zu entsprechenden Unregelmäßigkeiten.

Komponente D: Die Pulverkammer

In der Pulverkammer, in der letztendlich auch das herzustellende Objekt entsteht, wird das verwendete Kunststoff- oder Metallpulver vorab erwärmt. Diese Erwärmung des Pulvers erleichtert dem Laser zum einen die Arbeit, da dieser jeweils nur für einen kurzen Augenblick den aufzuschmelzenden Bereich treffen muss. Zum anderen kann der Laser so aber auch weitaus energieeffizienter eingesetzt werden. Sobald die oberste Ebene erfolgreich gesintert wurde, senkt sich das Pulverbrett mittels einer integrierten Hebevorrichtung ab. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Bauteil komplett fertig ist. Sollte dabei nicht genutztes Pulver übrig geblieben sein, kann dies für das nächste Objekt verwendet werden.

Komponente E: Die Hebevorrichtung

Die Hebevorrichtung ist für das sukzessive Absenken des Pulverbretts verantwortlich. Dazu wird die z-Koordinate des CAD-Modells entsprechend abgebildet und angesteuert bzw. angefahren.

Lasersinter Verfahren und Prozess

Aus prozesstechnischer Perspektive betrachtet, entspricht Selektives Lasersintern eher dem Schweißen oder Löten. Da sich die Laserstrahlstrahlung bedarfsgerecht fokussieren lässt, erhält der jeweilige Anwender stets die Möglichkeit, den entsprechenden Lasersinterprozess selektiv zu nutzen und zum Beispiel gezielt auf kleine Flächen zu beschränken. Der integrierte Scanner sorgt dabei für die Ablenkung des Laserstrahles, so dass sich vorab definierte Bereiche sowohl schnell als auch sehr präzise bearbeiten lassen.

In symbiotischer Verbindung mit einer permanenten Wiederholung des Vorgangs bzw. des Prozesses rund um übereinanderliegende und extrem dünne Schichten, wird dann eben ein Schichtbauverfahren initiiert: das Selektive Lasersintern. Erzeugt werden diese dünnen Schichten durch eine Rakel, die eine Art Abstreichholz oder Kratzeisen darstellt. Die entsprechenden Schichtdaten werden meistens – mittels Slicen in zuvor festgelegte Schichtdicken – aus den jeweiligen 3D-Oberflächendaten generiert. Dabei kommt häufig das STL-Format zum Einsatz, das von einem Großteil der CAD-Systeme verwendet wird. Zudem wird eine Software benötigt, die sowohl den Laserstrahl als auch den Pulveraufzug steuert. Auf diesem Weg lassen sich vergleichsweise einfach dreidimensionale Teile mit Hinterschneidungen erzeugen.

Lasermikrosintern Verfahren und Prozesse

Das Lasermikrosintern unterscheidet sich vom klassischen Lasersinter-Verfahren durch den Einsatz eines so bezeichneten gütegeschalteten Lasers mit explizit kurzen Pulsen. Aufgrund dieser kurzen Pulse und die sich daraus ergebende begrenzte Energieeinbringung sind hohe Auflösungen von etwa bis zu 30 µm möglich. Sämtliche bekannte Metalle lassen sich mit dem Lasermikrosintern verarbeiten. Dabei wird eine spezielle Ringrakel eingesetzt, mittels der die benötigten dünnen Pulverschichten mit einer Stärke von ca. 1 µm erzeugt werden. Die jeweils mögliche Baurate ist dabei eminent stark vom Material sowie von der fallspezifisch notwendigen Auflösung abhängig. Derzeit bewegt sie sich zwischen 30 und maximal 1000 mm3/h. Mit dem Lasermikrosintern lassen sich dabei Teile aus Aluminiumoxidkeramik, die über eine hohe Festigkeit verfügen, herstellen. Ein thermischer Nachbehandlungsprozess generiert hier Druckfestigkeiten von etwa bis zu 1400 MPa sowie Biegebruchfestigkeiten von maximal rund 130 MPa. Diese Werte sind zum Beispiel für dentale Anwendungen bereits vollkommen ausreichend. Außerdem können mit diesem Verfahren auch industrielle Teile mit Hinterschneidungen in explizit hoher Auflösung (ca. 60 µm) realisiert werden.

Selektives Lasermelting Verfahren und Prozesse

Ist die Rede vom Selektiven Lasermelting (SLM), wird das genutzte Pulver vollkommen aufgeschmolzen. Dank der vollkommenen Aufschmelzung können Metallpulver von industriell genutzten Werkstoffen verarbeitet werden. Dabei kommt es innerhalb der entstehenden Gefüge zu kaum einmal nennenswerten Fehlstellen. Daher lassen sich die Teile ebenso wie zum Beispiel Gussteile einsetzen. Nahezu sämtliche Anbieter von Metall-Lasersinter Maschinen setzen aktuell auf dieses spezifische Verfahren. Dabei weisen die am Markt erhältlichen Anlagen Laserleistungen von 100-200 W auf. Die erzielten Bauraten sind vom jeweiligen Werkstoff abhängig. So sind Werte von bis zu 30 cm3/h, sowie im Innenbereich sogar bis zu 70 cm3/h, möglich. Werden Edelstähle verwendet, liegt die entsprechende Baurate zwischen etwa 5 und 10 cm3/h. Das selektive Lasermelting kommt zum Beispiel bei der schnellen Serienherstellung von Zahnkappen aus einer so bezeichneten Superlegierung, die auf Kobalt-Chrom-Molybdän basiert, zum Einsatz.

Außerdem ist die Herstellung von Druck- sowie Spritzgusswerkzeugen ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich. 

Dabei ähneln sich das SLS- und das SLM-Verfahren. Allerdings wird im Gegensatz zum Selektiven Laser Sintern beim Selektiven Laserschmelzen das verwendete Materialpulver nicht gesintert. Stattdessen wird das Materialpulver direkt an dem jeweiligen Bearbeitungspunkt durch die vom Laserstrahl erzeugte Wärmeenergie lokal aufgeschmolzen. Bis knapp unter die Schmelztemperatur wird der Bauraum mit dem Pulvermaterial dabei erhitzt. In der Praxis füllen die Anwender den Arbeitsraum häufig mit einem Schutzgas, damit das Material nicht oxidiert. Durch die Nutzung des SLM-Verfahrens lässt sich sowohl die Herstellungszeit als auch die Prozesszeit deutlich reduzieren.

Laser sintern Prozess Abbildung
Lasersintern Verfahrensprozess

Selektives Lasersintern Anwendungsbereiche

Die Lasersinter-Verfahren werden in mehreren Segmenten erfolgreich eingesetzt. So finden sie Verwendung im so bezeichneten Rapid Prototyping, womit die schnelle Erstellung von Prototypen und Modellen gemeint ist. Hier erweist sich das SLS als besonders sinnvoll, da Designer und Ingenieure die Entwürfe von einzelnen Komponenten bzw. Bauteilen oder auch von ganzheitlichen Modellen im Miniaturformat innerhalb kürzester Zeit in physischer Form zur Verfügung haben. Aufgrund dieses schnellen Zugriffs können die Bauteile bzw. Modelle detailliert auf eventuell vorhandene Schwachstellen oder Fehler untersucht werden.

Zudem wird Selektives Lasersintern zur schnellen Erzeugung von Werkzeugen genutzt; im Fachjargon wird dies als Rapid Tooling bezeichnet. Auch im Bereich der individuellen Serienproduktion respektive dem so bezeichneten Additive Manufacturing lassen sich SLS Verfahren effektiv nutzen.

Selektives Lasersintern und der 3D-Druck haben dabei zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten und Einsatzfelder, die von der industriellen Fertigung bis hin zur Medizintechnik reichen. Verstärkt genutzt wird das SLS-Verfahren vor allem im Rahmen des Rapid Prototypings. Als die wichtigsten Anwendungsbereiche für das Selektive Laser Sintern gelten diesbezüglich die Medizin, die Automobilbranche sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Selektives Lasersintern in der Medizin

Der wichtigste Anwendungsbereich in der Medizintechnik ist die individuelle Konzeption und anschließende Fertigung von Implantaten im Segment der Dentaltechnik. Außerdem wird das SLS verstärkt für den Bau von bionischen Leichtbauteilen eingesetzt. Dabei werden Modelle konstruiert, die entsprechende Komponenten bzw. Bauteile an die unterschiedlichen physiologischen Gegebenheiten der jeweiligen Patienten perfekt anpassen. Des Weiteren wird Selektives Lasersintern beim medizinischen Apparatebau und der Prothetik eingesetzt.

Selektives Lasersintern in der Automobilindustrie

In der Automobilindustrie wird SLS insbesondere beim Rapid Prototyping genutzt. Dadurch erhalten beispielsweise Autohersteller die Möglichkeit, Vorserienmodelle bzw. Prototypen zeitnah zu erproben. Einzelne Komponenten für das Interieur, beispielsweise auch Spiegelgehäuse und Türgriffe für den Exterieurbereich sowie ebenfalls auch etwa komplette Abgasanlagen für die Montagekontrolle lassen sich dabei mit Hilfe des Laser-Sinter-Verfahrens schnell realisieren. Außerdem stellen die Autobauer via SLS Bauteile für Spezialfahrzeuge und Kleinserien (Additive Manufacturing / generative Fertigung) her. Gerade ergonomisch geformte Bedienelemente können auf diesem Weg wirtschaftlich in lediglich kleinen Stückzahlen produziert werden. Der neuste und innovativste Bereich ist der Car Hifi Bereich. Hier werden mittels SLS, Vakuumguss oder 3D Druck hochwertige Car HIFI Komponenten gebaut und konstruiert.

Selektives Lasersintern in der Luft- und Raumfahrtindustrie

In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird Selektives Lasersintern bevorzugt genutzt, um das Gewicht der Flugkörper gezielt zu reduzieren. Mittels des Verfahrens können dabei Teile von Baugruppen kombiniert oder Leichtbaustrukturen, die über komplexeste Geometrien verfügen, modelliert bzw. angefertigt werden. So ist es unter anderem möglich, Luftführungen als ganzheitliches Bauteil herzustellen. Zusätzlich lassen sich durch SLS Fehlereinflussfaktoren bei der Montage deutlich reduzieren.

Selektives Lasersintern Vorteile

Das Selektive Lasersintern kann gleich mehrere Vorteile geltend machen. Ein entscheidender Faktor ist dabei sicherlich die große Materialvielfalt, die beim Rapid Prototyping bzw. beim Additive Manufacturing im Rahmen des SLS Verfahren verwendet werden können. Dies ermöglicht eine stets bedarfsgerechte Materialwahl. Dabei überzeugen zum Beispiel explizit verwendete Kunststoffmaterialien – wie etwa die Standdardwerkstoffe PEEK HP3 oder vor allem PA12 – mit einer außerordentlichen Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen, mechanischen sowie chemischen Belastungen aus. Diese Eigenschaft ist im Segment der additiven Fertigung ein wahres Novum. Zudem impliziert die sowohl reichhaltige als auch umfangreiche Werkstoffpalette die kontinuierliche Entwicklung neuer Werkstoffe; oder aber zumindest die Verbesserung bereits verwendeter respektive verfügbarer Werkstoffe. Dieser vorteilhafte Umstand mehrt die Attraktivität des Lasersinterns ungemein.

Zusammenfassend spielt Selektives Lasersintern seine Vorteile rund um die Herstellungsqualität, die Kosteneffizienz und die Flexibilität und Kosteneffizienz überall dort aus, wo es auf eine detailgenaue und hochpräzise Herstellung komplexer Werkstücke ankommt.

Selektives Lasersintern besticht – abgesehen von eben der materialspezifischen Komponente – aber nicht nur die individuelle und stets zeitnahe durch schnelle Fertigung direkt einsatzfähiger Einzel- und Serienteile. Es lassen sich nämlich zudem auch besonders komplexe und gleichzeitig filigrane Strukturen erstellen bzw. realisieren, was bislang mit vergleichbaren Verfahren in keinster Weise umsetzbar ist. Des Weiteren erlaubt Lasersintern – mit seinem für die schichtweise Herstellung der Werkstücke benötigten Pulverbrett – ein Arbeiten ohne zusätzliche Stützkonstruktionen. Demgegenüber werden in anderen Verfahren, wie beispielsweise die Stereolithographie (SLA), entsprechende Stützkonstruktionen benötigt. So lassen sich dann auch via SLS Verfahren problemlos Bauteile mit Überhängen herstellen, ohne dass stützende Konstruktionen zeitaufwändig erst erstellt und dann händisch wieder entfernt werden müssen.

Auch aus ökonomischer Sicht lassen sich Vorteile generieren. Da nämlich der gesamte Bauraum der Maschine bzw. der Anlage ausgenutzt wird, können Geschwindigkeitsvorteile verbucht werden, die direkt in die Produktionskostenrechnung mit einfließen. Der entsprechende ökonomische Gewinn kann dann zum Beispiel unmittelbar in wettbewerbwirksamer Form an die Kunden weitergereicht werden. Die entscheidenden Faktoren im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit stellen dabei sowohl die Bauteilgröße als auch die Bauteilform sowie das Material dar. Generell gilt diesbezüglich: Kosten entstehen in erster Linie durch gebautes Volumen, während eine komplizierte Form demgegenüber nahezu keine Kosten verursacht. Dies ist eine eher ungewöhnliche Konstellation, die sich konträr zu den herkömmlichen bzw. konventionellen Verfahren präsentiert. Denn bei diesen Verfahren verursacht immer eher eine komplizierte Form höhere Kosten. Gerade zum Beispiel bei hinterschnittenen Teilen, die sich mit Selektivem Lasersintern einteilig anfertigen lassen, sind die Vorteile explizit sichtbar. 

Ein weiterer großer Vorteil rund um Selektives Lasersintern ist das ungemein hohe Marktpotential sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus entwicklungstechnischer Perspektive. Dies betrifft dabei einerseits die Fertigung von Prototypen (Rapid Prototyping) und die Herstellung von Werkzeugen (Rapid Tooling) sowie ebenfalls die Fertigung von Serienwerkstücken im Rahmen des Additive Manufacturings.

Zukünftig wird das Zweistrahllasersintern in den Fokus rücken. Der Nutzen dieser Verfahrensform soll dabei in erster Linie den grundsätzlichen Widerspruch zwischen einer hohen Auflösung und einer hohen Baugeschwindigkeit auflösen. Um eine hohe Auflösung zu erzielen, benötigt der jeweilige Anwender einen kleinen Fokus mit vergleichsweise geringer Leistung, während ein großer Fokus mit einer entsprechend hohen Laserleistung für eine hohe Baugeschwindigkeit erforderlich ist. Dies kann durch den Einsatz einer Laserquelle mit hoher Leistung – zum Beispiel Monomode-Faserlaser – oder aber durch das Nutzen von zwei verfahrensangepassten Laserquellen umgesetzt werden. Prinzipiell ist davon auszugehen, dass sich das Selektive Lasersintern gleich in mehrere Richtungen weiterentwickeln wird. So werden sowohl die Auflösung als auch die Baugeschwindigkeit zukünftig deutlich erhöht. Zudem wird die Palette der prozesssicher verarbeitbaren Materialien stetig erweitert. Entwicklungen dieser Art verschafft dem Selektiven Lasersintern somit eine noch weitaus größere Basis für entsprechende ökonomische Anwendungsmöglichkeiten. Gerade im Hinblick auf das Additive Manufacturing existieren hier perspektivisch hervorragende Wachstumsmöglichkeiten.

Hintergründe und Geschichte des Selektiven Lasersintern

Die Wurzeln des Selektiven Lasersinterns reichen bis in das vergangene Jahrhundert zurück. Bereits in den 1980er Jahren wurde demnach das SLS Verfahren von Carl R. Deckard am Austin Mechanical Engineering Department der renommierten University of Texas umfassend erforscht. Die Idee des Selektiven Lasersinterns entstand dabei im Rahmen von Deckards Tätigkeit bei dem Technologieunternehmen TRW Mission, in dem er neben seinem Bachelor-Studium in der Disziplin Maschinenbau arbeitete. Im Jahr 1981 machte Deckard dabei erstmals Bekanntschaft mit der damals innovativen CAD-Software, mit der er an Bauteilen bzw. -elementen für die Öl-Industrie feilte. Im Zuge dieser Tätigkeit entwickelte der junge US-Amerikaner die Idee, die vorliegenden Geometriedaten anhand eines automatisierten Prozesses in der Form umzuwandeln, dass sie quasi real werden. Allerdings ließ die praktische Umsetzung seiner Idee noch bis Mitte der 1980er Jahre auf sich warten. Erst zum Ende seines Bachelor-Studiums im Jahr 1984 gelang ihm dann der gedankliche Durchbruch. So entwickelte er die praxisnahe Idee, einen gerichteten Energiestrahl zu nutzen. Dieser sollte dabei gezielt feingranulare Werkstoffe aufschmelzen. Dieser Möglichkeit wurde schnell ein erhebliches Marktpotenzial bescheinigt, was Deckard die nachhaltige Unterstützung des Wissenschaftlers Dr. Joe Beaman einbrachte; fortan arbeiteten die beiden Männer parallel zu Deckards Master-Studium an der Realisierung der Idee. 

Die beiden Forscher entwickelten dann innerhalb von rund zwei Jahren ein funktionierendes Verfahren. Bereits im Jahr 1986 meldete Deckard schließlich das erste diesbezügliche Patent an. Nahezu zeitgleich erfolgte zudem die Gründung der Firma Nova Automation. Dieses Unternehmen sollte das Wissen um die entwickelte und damals hochinnovative Verfahrensweise quasi kommerzialisieren. Es dauerte ab diesem Zeitpunkt aber dann noch einmal ein ganzes Jahrzehnt, bis das Selektive Lasersintern als Technologie die Marktreife erlangte. Seit dem Jahr 1997 erfolgt nunmehr eine stetige technische Weiterentwicklung respektive Evolution, die als Resultat immer effizientere und präziser arbeitende Maschinen respektive 3D-Drucker hervorbringt.