SLS Metall-Pulver: Eigenschaften, Anwendungen und Lieferanten

Inhaltsübersicht

Selektives Lasersintern (SLS) ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Laser eingesetzt wird, um kleine Partikel aus Kunststoff-, Metall-, Keramik- oder Glaspulver zu einem 3D-Objekt zu verschmelzen. SLS-Metallpulver mit den richtigen Eigenschaften sind entscheidend für die Herstellung hochwertiger Metallteile mit komplexen Geometrien in diesem Verfahren.

Überblick über SLS-Metallpulver

SLS-Metallpulver sind Metallpulver, die für den Einsatz in selektiven 3D-Lasersinterdruckern zur Herstellung von Metallteilen und Prototypen optimiert sind. Zu den am häufigsten verwendeten SLS-Metallpulvern gehören:

SLS-Metallpulvertypen

TypZusammensetzungWesentliche Merkmale
Rostfreier StahlFe-, Cr-, Ni-LegierungenKorrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit
WerkzeugstahlFe-, Cr-, Mo-LegierungenHohe Härte, wärmebehandelbar
Legierter StahlFe-, Cr-, Ni-LegierungenWärmebehandelbar, bearbeitbar
Kobalt-ChromCo, Cr-LegierungenBiokompatibel, verschleißfest/korrosionsbeständig
Titan und LegierungenTi, Al, V-LegierungenLeicht, biokompatibel, stabil
InconelNi, Cr-LegierungenHitze-/Korrosionsbeständig
Aluminium-LegierungenAl-, Cu-, Mg-LegierungenLeicht, stark

Diese Metallpulver müssen Eigenschaften wie Fließfähigkeit, Partikelform und Größenverteilung aufweisen, die auf die Herstellung von SLS-Teilen mit hoher Dichte, Genauigkeit, Präzision und gewünschten mechanischen Eigenschaften zugeschnitten sind.

Wichtige Eigenschaften von SLS-Metallpulvern

ParameterBeschreibungAnforderungen
GrößenbereichAbmessungen der Pulverpartikel10–45 Mikrometer üblich
GrößenverteilungAuswahl an PulvergrößenHauptsächlich kugelförmig mit einigen Satelliten erlaubt
MorphologiePartikelform des PulversSphärisch ist optimal, Satelliten können Defekte verursachen
DurchflussmengeFließfähigkeit des Pulvers35-40 s/50g vom Hall-Durchflussmesser
Scheinbare DichtePackungsdichte des PulversRund 60% der tatsächlichen Dichte
Echte DichteMaterialdichteVariiert je nach Zusammensetzung
FlächePartikeloberfläche pro MasseneinheitNiedriger ist besser, um die Oxidation zu verringern
Restgase und FeuchtigkeitVerunreinigungen in PulverformMinimiert für hochqualitative Teile

Eigenschaften von SLS-Metallpulvern

CharakteristischRolle im SLS-Prozess
Partikelform und OberflächentexturBeeinflussung des Pulverflusses in jede neue Schicht, Laserabsorption, Reflexionsvermögen
PartikelgrößenverteilungAuswirkungen auf Packungsdichte, Schmelzbaddynamik, Verteilbarkeit
StrömungseigenschaftenErmöglicht gleichmäßige Streichfähigkeit, Schichtkonsistenz
Scheinbare DichteSteuert den Abstand zwischen den Partikeln und den erforderlichen Energieaufwand
Echte DichteBestimmt die endgültige, maximal erreichbare Teiledichte
LegierungszusätzeErmöglicht spezifische Materialeigenschaften wie Festigkeit, Härte usw.
sls-Metallpulver

Anwendungen von SLS Metall-Pulver

SLS-Metallpulver ermöglicht den Druck von funktionalen Metallteilen mit voller Dichte, die für die Herstellung von Prototypen, Werkzeugen und Kleinserien in verschiedenen Branchen benötigt werden:

Industrieanwendungen von SLS-gedruckten Metallteilen

IndustrieAnwendungenHäufig verwendete Materialien
Luft- und RaumfahrtTurbinenschaufeln, Motor-/StrukturkomponentenRostfreie Stähle, Superlegierungen, Titanlegierungen
AutomobilindustriePrototypenteile, kundenspezifischer WerkzeugbauRostfreie Stähle, Werkzeugstähle, Aluminiumlegierungen
Medizinische ImplantatePatientenspezifische Implantate, SchablonenKobalt-Chrom, Titan-Legierungen, rostfreier Stahl
IndustriellPräzisionswerkzeuge, RobotergreiferNichtrostende Stähle, Werkzeugstähle
SchmuckRinge, Ketten, SonderanfertigungenEdelmetalle wie Goldlegierungen, Silber

Einige einzigartige Vorteile im Vergleich zu traditionellen Herstellungswegen:

Vorteile von SLS für die Herstellung von Metallteilen

Nutzen SieBeschreibung
Geometrische FreiheitKeine Beschränkungen der Teilegeometrie im Gegensatz zu subtraktiven/Gussverfahren
Schneller UmschwungSchnelldruck aus CAD-Daten
Leichtes GewichtGitterstrukturen reduzieren das Gewicht um >30%
Teilweise KonsolidierungIntegral gedruckte Baugruppen ersetzen Gelenke
MassenanpassungPatientenspezifische Medizinprodukte
Hybride StrukturenMultimaterialteile aus Metall und Polymer möglich

Gängige Anwendungen für SLS-gedruckte Metallteile in verschiedenen Branchen:

Typische Anwendungen von SLS-gedruckten Metallteilen

AnmeldungBeispieleVerwendete Materialien
Funktionale PrototypenMotorkomponenten, ImplantateLegierte Stähle, Ti-Legierungen
WerkzeugeBohrerführungen, Spannvorrichtungen, LehrenRostfreie Stähle
WerkzeugbauSpritzgießwerkzeugeWerkzeugstähle wie H13
SerienproduktionLuft- und Raumfahrt/Medizinische KomponentenTi- und Ni-Legierungen, CoCr
Leichte StrukturenGittertafeln, StrebenAl-Legierungen, Ti-Legierungen

SLS-Metallpulver Spezifikationen

SLS-Systemhersteller wie EOS, 3D Systems und Renishaw bieten qualifizierte SLS-Metallpulverspezifikationen an, die auf ihre Druckermodelle zugeschnitten sind. Zu den gängigen Metallpulvern und Größen gehören:

SLS-Metallpulverarten und Größenbereiche

MaterialVerfügbare PulvertypenPartikelgrößenbereich
Rostfreier Stahl316L, 17-4PH, 303, 41015-45 Mikrometer
Martensitaushärtender StahlMS1, 18Ni300, 18Ni35015-45 Mikrometer
Kobalt-ChromCoCr, CoCrMo15-45 Mikrometer
AluminiumlegierungAlSi10Mg, AlSi1215-45 Mikrometer
Titan-LegierungTi6Al4V Güteklasse 515-45 Mikrometer
Nickel-LegierungInconel 718, Inconel 62515-45 Mikrometer

Normungsorganisationen haben Klassifizierungen für verschiedene Metallpulversorten festgelegt, die in AM-Prozessen verwendet werden:

Metallpulversorten nach ISO/ASTM-Normen

StandardKlassenBeschreibung
ISO 17296-2PA1 bis PA6Definiert zunehmend strengere Anforderungen an Verunreinigungen von P1 bis P6
ISO 17296-3PM1 bis PM4Definiert Partikelform, Größenparameter von PM1 bis PM4
ASTM F3049Klasse 1 bis Klasse 4Legt zulässige Grenzwerte für die Zusammensetzungsbereiche von 1 bis 4 fest
ASTM F3056Typ 1 bis Typ 3Definiert statistische Größenverteilungsparameter von 1 bis 3

Diese Klassifizierungssysteme helfen bei der Festlegung von Qualitätsmaßstäben und unterstützen die Käufer bei der Beschaffung. Hochreines PA5-Pulver würde eine minimale Verunreinigung gewährleisten. Ebenso verringert die Klasse 4 durch eine strengere chemische Kontrolle die Variabilität.

SLS Metall-Pulver Anbieter

Eine Vielzahl von Anbietern liefert weltweit gebrauchsfertige SLS-Pulver. Einige führende globale Anbieter sind:

Wichtige SLS-Metallpulver-Lieferanten

AnbieterAngebotene MaterialienBetreute Geografien
SandvikRostfreier Stahl, Ni-Legierungen, CoCr, Werkzeugstahl, AluminiumlegierungenEuropa, Asien
PraxairTi-Legierungen, Ni-Legierungen, Edelstahl, WerkzeugstähleNordamerika
LPW-TechnologieRostfreier Stahl, Aluminiumlegierungen, CoCrUK, Europa
Zimmerer-ZusatzstoffRostfreie Stähle, CoCr, Cu, AluminiumlegierungenGlobal
HoganasNichtrostende Stähle, WerkzeugstähleEuropa, Asien

Die üblichen Mindestabnahmemengen liegen bei etwa 10 kg pro Materialsorte, aber es gibt auch Großmengenverträge für OEM-Käufer. Die Verpackungsoptionen reichen von vakuumversiegelten Dosen bis hin zu speziellen SLS-Maschinenkartuschen, die jeweils 700 g bis 1 kg Pulver enthalten.

SLS-Metallpulver-Verpackungstypen

TypVolumen-BereicheMerkmale
Vakuumdosen500g bis 20kg ChargenLagerfähigkeit bis zu 1 Jahr
Druckerpatronen700 bis 1000g ChargenMinimierte Belastung durch die Handhabung
Material Türme700 bis 1200g-PatronenAutomatischer Einzug in den Drucker

Die Preisspannen für gängige Materialien in kleinen Mengen betragen:

Metallpulver-Kostenspannen für SLS-Druck

MaterialKleine Mengen Preisspanne*
Rostfreier Stahl 316L$60-$100 pro kg
Aluminium AlSi10Mg$80-$130 pro kg
Martensitaushärtender Stahl$90-$140 pro kg
Titan Ti6Al4V$200-$350 pro kg
Kobalt-Chrom$300-$500 pro kg
Edelmetalle$3000+ pro kg

SLS-Metallpulver-Materialien im Vergleich

Für den SLS-Druck werden verschiedene Metalllegierungen verwendet, die jeweils ihre eigenen Eigenschaften und Nachteile haben:

SLS-Metallpulver-Materialien im Vergleich

ParameterRostfreie StähleWerkzeugstähleTitan-LegierungenNickel-LegierungenKobalt ChromAluminium-Legierungen
DichteMittelHöherUnterHochHochNiedrigste
StärkeMittelHöchsteMittel-HochMittel-HochMittelMittel
HärteUnterSehr hochMittelMittelHöherNiedrig bis mittel
KorrosionsbeständigkeitAusgezeichnetMittelAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetMittel-gut
BiokompatibilitätGutBegrenztAusgezeichnetBegrenztAusgezeichnetGut
HitzebeständigkeitMittelMittel-HochMittelSehr hochSehr hochUnter
KostenNiedrigsteMittelHochSehr hochHochNiedrig

Wir sehen, dass nichtrostende Stähle die beste Kombination von Eigenschaften bieten, wenn es um Kosten geht, während Werkzeugstähle eine extreme Härte aufweisen. Titan bietet Biokompatibilität und Festigkeit bei geringer Dichte. Superlegierungen wie Inconel und CoCr bieten thermische Stabilität und Biokompatibilität. Aluminiumlegierungen sind die kostengünstigste und leichteste Option.

Vor- und Nachteile der gängigen SLS-Metallpulver

MaterialVorteileBenachteiligungen
Rostfreie StähleKostengünstig, leicht bearbeitbarGeringere Härte und Festigkeit
WerkzeugstähleÄußerst hart und wärmebehandelbarGeringere Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität
Titan-LegierungenStark, leicht, biofreundlichTeuer, kann in Sauerstoffatmosphäre brennen
Nickel-LegierungenAusgezeichnete Hitze-/KorrosionsbeständigkeitSchwer, giftig, sehr teuer
Kobalt-ChromBiokompatibel, korrosionsbeständigSchwer, mittlere Kosten
Aluminium-LegierungenGeringes Gewicht, gute FestigkeitNiedrigerer Schmelzpunkt, Härte

Kundenkriterien für die Auswahl von SLS-Metallpulvern

Kriterien für die AuswahlZentrale Fragen
Mechanische EigenschaftenErfüllt es die angestrebte Anwendungsfestigkeit, Verschleißfestigkeit und andere mechanische Spezifikationen?
MaterialkostenPasst der gewünschte Metallpulvertyp zum Budget der Anwendung?
NachbearbeitungSind sekundäre Verfahren wie heißisostatisches Pressen oder Wärmebehandlung erforderlich?
Größe der ProduktionsserieIst das Zielvolumen für den SLS-Produktionsdruck zu hoch?
Abmessungen des TeilsIst das maximale Bauvolumen des Druckers für die größten Teilegeometrien ausreichend?
Auflösung, OberflächengüteKann das SLS-Verfahren die Anforderungen an die Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität erfüllen?
Vorlaufzeit der LieferungIst die Vorlaufzeit des Lieferanten angesichts der Produktionszeit akzeptabel?

Die Anwendung des Endprodukts ist ausschlaggebend für die optimale Materialauswahl, bei der Leistungsanforderungen und Wirtschaftlichkeit in Einklang gebracht werden.

SLS-Metalldruckverfahren im Überblick

Das Verständnis des SLS-3D-Drucks hilft zu verstehen, wie sich die Pulvereigenschaften auf die Qualität der Teile auswirken:

SLS 3D-Druck Prozessschritte

BühneBeschreibung
3D-ModellierungCAD-Software erstellt Volumen-/Netzmodell des zu druckenden Teils
Schneiden vonDas Modell wird digital in Schichten zerlegt, um eine Druckdatei zu erzeugen.
PulverausbreitungWalze oder Klinge verteilt eine dünne Schicht Pulver auf der Bauplattform
LaserabtastungCO2-Laser scannt über das Pulverbett, um die Partikel zusammenzuschmelzen
Absenkbare PlattformBauplattform senkt sich um 1 Schichtdicke (~50 Mikrometer)
Wiederholtes Aufstreichen/SchmelzenDie Schritte werden wiederholt, bis das gesamte Objekt Schicht für Schicht aufgebaut ist.
NachbearbeitungÜberschüssiges Pulver wird entfernt, letzte Behandlungen zur Fertigstellung des Teils durchgeführt

Wie Pulvereigenschaften die Druckergebnisse beeinflussen

PulvereigenschaftEinfluss auf die Druckqualität
Geometrie des PulversSphärische Partikel mit gutem Fluss ermöglichen gleichmäßige Schichten ohne Defekte
PartikelgrößenbereichZu feine Pulver haben einen schlechten Fluss, zu große Pulver erzeugen eine schlechte Auflösung.
GrößenverteilungEine zu breite Verteilung kann zu einer Entmischung oder zu variablem Schmelzen führen
Scheinbare DichteHöhere Dichte führt zu höherer Dichte des Endprodukts nach dem Sintern
Echte DichteObergrenze für die erreichbare Teiledichte
OberflächenbeschaffenheitRauere Partikel können Gase einschließen oder den Pulverfluss behindern

Wie wir sehen, wirken sich mehrere physikalische Eigenschaften des Pulvers direkt auf die Druckergebnisse aus, weshalb eine strenge Kontrolle durch die Lieferanten von entscheidender Bedeutung ist.

Nachbearbeitung von SLS-gedruckten Metallteilen

Nach dem SLS-Druckprozess tragen zusätzliche Nachbearbeitungsschritte zur Verbesserung der endgültigen Bauteileigenschaften bei:

Übliche SLS-Teil-Nachbearbeitungsschritte

ProzessBeschreibungVorteile
PulverentfernungÜberschüssiges Pulver abgebürstet/abgestrahltZeigt das gedruckte Objekt an
StressabbauErwärmung zum Abbau von EigenspannungenVerbessert die Maßhaltigkeit
OberflächenbehandlungSchleifen, Polieren, PerlstrahlenGlättet die Oberfläche, unterstützt die Haftung der Beschichtung
InfiltrationFlüssigkeit füllt RestporositätErhöht die Dichte weiter, verbessert die Festigkeit
WärmebehandlungWärmezyklen beim Härten und AnlassenErhöht die Härte von Stählen

Auswirkungen der Nachbearbeitung auf die Teileeigenschaften

EigentumEinfluss der Nachbearbeitung
DichteInfiltration mit Epoxid oder Bronze füllt die Poren und erhöht die Dichte 5-15%
OberflächenrauhigkeitManuelles/automatisches Polieren kann eine Rauheit von unter 2 Mikron erreichen
Dimensionale GenauigkeitSpannungsabbauender Wärmezyklus reduziert den Verzug und verbessert die Präzision
ZugfestigkeitInfiltration verbessert die UTS, während Wärmebehandlung die Streckgrenze verdoppeln kann
DuktilitätKompromiss mit der Verbesserung der Festigkeit durch Nachbehandlungen
HärteAusscheidungshärtbare Legierungen wie 17-4PH sprechen gut auf Alterungsbehandlungen an.

Durch die Nachbearbeitung lassen sich die Metalleigenschaften je nach Anwendungsbedarf weiter anpassen.

SLS-Metalldruck Qualitätskontrolle

Die gleichbleibend hohe Qualität des Pulverrohstoffs in Verbindung mit der Überwachung des SLS-Prozesses gewährleistet zuverlässige Teile:

Qualitätskontrolle für SLS Metall-Pulver

ParameterTypische SpezifikationTestmethoden
PartikelgrößenverteilungDurchflussmenge in der Halle > 35s/50gSiebung, Laserbeugung
Scheinbare Dichte65-80% der tatsächlichen DichteGravimetrische Messung
Zusammensetzung des PulversLegierungsbereiche nach ISO 27296Röntgenfluoreszenz
Morphologie der OberflächeMedian der Rundheit > 0,75Mikrofotografien, Bildanalyse
Verunreinigung< 50 ppm Sauerstoff, < 150 ppm StickstoffAnalyse der Inertgasfusion

In-Process-Monitoring für SLS-Druck

MetrischVerwendeter SensorZweck
LaserleistungEingebaute FotodiodeErhält die Konsistenz der Fusion
PulverbetttemperaturIR-SensorGewährleistet die Integrität der Teile, kein Verziehen
AtmosphäreSauerstoff-AnalysatorVerhindert die Entzündung von Pulver in der Baukammer
SchichtdickeZ-Achse EncoderPräzise, reproduzierbare Schichten

Diese strenge Kontrolle über das eingesetzte Pulver und die Prozesseinstellungen führt zu qualitativ hochwertigen Metallteilen bei jedem Produktionslauf.

SLS-Metalldruck im Vergleich zu Alternativen

Andere 3D-Druck-Alternativen zu SLS aus Metall sind:

Vergleich von Metall-3D-Druckverfahren

MetrischBinder JettingDMLSSLMEBM
RohmaterialMetall/Polymer-MischpulverMetallpulverMetallpulverMetalldraht/Pulver
EnergiequelleFlüssiges BindemittelFaserlaserLeistungsstarker Yb-FaserlaserElektronenstrahl
Bauen Sie Geschwindigkeit aufMäßig, schneller als LasermethodenLangsam aufgrund der Punkt-für-Punkt-AbtastungSehr schnelles, vollständiges SchmelzenSchnellste Methode
Auflösung, OberflächengüteSchlechter durch Bindemittel, Nachbearbeitung hilftSehr gut durch feinen LaserspotAusgezeichnet durch vollständiges SchmelzenMäßig durch teilweises Abschmelzen
Dimensionale Genauigkeit+/- 0,3% mit CTQ-Verfahren+/- 0.1-0.2%+/- 0.1-0.2%+/- 0.2-0.3%
NachbearbeitungAushärtung, Sinterung beides erforderlichNur Unterstützung beim EntfernenEinige Bearbeitungen können erforderlich seinDie meisten sekundären Arbeiten erforderlich
Kosten pro TeilGeringere Materialkosten tragen zur Preissenkung beiViel höhere BetriebskostenHohe Kosten für Ausrüstung und MaterialHoher Ausrüstungsaufwand

Unter allen Verfahren hat sich das Binder-Jetting als das kosteneffizienteste für die Herstellung von Metallteilen mit geringeren Stückzahlen bis zu 10.000 Stück erwiesen. SLS bietet die einfachste Nachbearbeitung in Kombination mit guter Genauigkeit und Oberflächengüte.

sls-Metallpulver

FAQs

Welche Branchen verwenden SLS-Metalldruck?

SLS-Metalldruck wird in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik und vielen anderen Branchen eingesetzt, in denen Präzisionsmetallteile benötigt werden.

Wie hoch ist die Genauigkeit und Auflösung des SLS-Metalldrucks?

Die Genauigkeit und Auflösung hängen von verschiedenen Faktoren ab, u. a. von der Maschine, dem Material und den Prozessparametern, aber der SLS-Metalldruck kann ein hohes Maß an Präzision erreichen.

Ist für SLS-Metalldruckteile eine Nachbearbeitung erforderlich?

Ja, eine Nachbearbeitung kann erforderlich sein, um Stützstrukturen zu entfernen, die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern und spezifische Anforderungen für die Anwendung zu erfüllen.

Was sind die Grenzen des SLS-Metalldrucks?

Zu den Einschränkungen gehören die Kosten für die Ausrüstung, die begrenzte Größe der Baukammern und die Notwendigkeit angemessener Sicherheitsmaßnahmen aufgrund der Verwendung von Lasern und Metallpulvern.

Kann der SLS-Metalldruck für die Massenproduktion verwendet werden?

Ja, der SLS-Metalldruck kann sowohl für das Prototyping als auch für die Produktion von Metallteilen in kleinen bis mittleren Stückzahlen verwendet werden.

Ist der SLS-Metalldruck umweltfreundlich?

Im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren kann zwar der Materialabfall verringert werden, aber die Entsorgung von Metallpulvern und der Energieverbrauch sind Faktoren, die bei der Umweltverträglichkeit zu berücksichtigen sind.

Gibt es Sicherheitsvorkehrungen bei der Arbeit mit SLS-Metalldruck?

Ja, beim Umgang mit Metallpulvern sollten Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, und die Bediener sollten für die sichere Arbeit mit laserbasierten Systemen geschult werden.

Wie hoch sind die Kosten für SLS-Metalldruckdienstleistungen?

Die Kosten hängen von Faktoren wie Materialauswahl, Komplexität der Teile und Menge ab. Es empfiehlt sich, Angebote von Dienstleistern für bestimmte Projekte einzuholen.

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