So funktioniert SLM-Druck

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist eine additive Fertigungstechnik, bei der ein Laser zum selektiven Schmelzen und Verschmelzen von Metallpulver zu 3D-Objekten verwendet wird. Dieser Leitfaden bietet einen detaillierten Überblick über SLM-Druck, Materialien, Prozessparameter, Anwendungen, Vorteile und mehr.

Was ist SLM?

SLM ist ein Pulverbettschmelzverfahren, bei dem ein Hochleistungslaser feines Metallpulver Schicht für Schicht schmilzt und verfestigt, um direkt aus CAD-Daten vollständig dichte 3D-Teile aufzubauen.

Mit SLM können vollständig dichte Metallteile mit komplexen Geometrien direkt aus 3D-CAD-Daten gedruckt werden.

Wie SLM-Druck Funktioniert

Der SLM-Druck umfasst die folgenden Schlüsselkomponenten und Prozesse:

Der Prozess erfolgt vollständig automatisiert auf Basis der importierten 3D-Modellgeometrie.

SLM im Vergleich zu anderen 3D-Druckmethoden

SLM unterscheidet sich in wesentlichen Punkten von anderen Formen des 3D-Drucks:

SLM ermöglicht das Drucken vollständig dichter Metallteile, die für technische Endanwendungen geeignet sind.

Metalle für den SLM-Druck

Mit SLM-Technologie bedruckte unedle Metalle:

Eine Reihe von Metallen werden mit SLM für verschiedene Anwendungen gedruckt, die spezifische Materialeigenschaften erfordern.

SLM-Prozess-Parameter

Kritische SLM-Prozessparameter:

Diese Parameter werden je nach Material, Teilegeometrie, Baugeschwindigkeit und erforderlichen mechanischen Eigenschaften optimiert.

Vorteile von SLM-Druck

Hauptvorteile des SLM-Drucks:

• Möglichkeit zur Erstellung komplexer Geometrien, die mit maschineller Bearbeitung nicht möglich sind
• Deutlich kürzere Durchlaufzeiten im Vergleich zur spanenden Bearbeitung
• Minimaler Materialabfall und geringere Buy-to-Fly-Verhältnisse
• Leichtbaupotenzial mit Gitterstrukturen
• Konsolidieren Sie Baugruppen zu Einzelteilen
• Maßgeschneiderte Produkte nach Kundenspezifikation
• Just-in-time-Produktion und Bestandsreduzierung
• Hohe Maßgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit
• Gute Oberflächengüte und gute Auflösung

SLM bietet erhebliche Kosten- und Zeiteinsparungen bei der Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen.

SLM-Anwendungen

SLM wird branchenübergreifend eingesetzt, um leistungsstarke Metallteile für den Endverbrauch mit kürzeren Vorlaufzeiten herzustellen.

Nachbearbeitung für SLM-Teile

Typische Nachbearbeitungsschritte für SLM-Teile:

• Entfernung der Stützstruktur mittels EDM
• Oberflächenbearbeitung zur Verbesserung der Oberfläche
• Löcher bohren, Gewinde schneiden
• Wärmebehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften
• Heißisostatisches Pressen zur Beseitigung innerer Hohlräume
• Oberflächenbehandlungen wie Perlenstrahlen, Eloxieren, Beschichten

Durch die Nachbearbeitung werden die Teile an die Anwendungsanforderungen angepasst.

SLM-Design-Richtlinien

Wichtige Überlegungen zum SLM-Design:

• Optimieren Sie Geometrien, um Stützstrukturen zu reduzieren
• Halten Sie eine minimale Wandstärke ein, um eine bessere Wärmeableitung zu gewährleisten
• Verwenden Sie feine Gitterstrukturen, um das Gewicht zu reduzieren
• Entwerfen Sie selbsttragende Geometrien, um Stützen zu vermeiden
• Berücksichtigen Sie Nachbearbeitungstoleranzen und Oberflächengüte
• Teile ausrichten, um den Treppenstufeneffekt zu minimieren
• Berücksichtigen Sie die Auswirkungen thermischer Spannungen während des Druckens
• Integrierte Funktionen wie Laschen zum leichteren Entfernen der Stützen

Simulationstools helfen bei der Bewertung der SLM-Druckbarkeit während der Designphase selbst.

SLM-Druckgeräte

Wichtige SLM-Systemhersteller:

Diese schlüsselfertigen Systeme bieten automatisierte SLM-Druckfunktionen in verschiedenen Baugrößen.

SLM-Kostenökonomie

Die SLM-Druckkosten variieren je nach:

• Anschaffungskosten der Maschine – $0,5M bis $1,5M
• Materialkosten – $50-$150/kg für unedle Metalle
• Arbeitskosten – Maschinenbedienung, Nachbearbeitung
• Aufbauraten – 5–100 cm3/h, abhängig von den Parametern
• Skaleneffekte durch höhere Produktionsmengen

Im Vergleich zu anderen Metallherstellungsverfahren ist SLM für die komplexe Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen am kostengünstigsten.

Herausforderungen von SLM-Druck

Zu den mit SLM verbundenen Herausforderungen gehören:

• Hohe Eigenspannungen können zu Bauteilverzügen führen
• Anisotrope Materialeigenschaften abhängig von der Bauausrichtung
• Beschränkungen der maximalen Teilegröße
• Entfernen von Pulver aus internen Kanälen
• Erzielung einer mit der maschinellen Bearbeitung vergleichbaren Oberflächengüte
• Bedarf an Stützkonstruktionen an Überhängen
• Eine spezielle Bedienerschulung ist erforderlich
• Risiken beim Umgang mit Pulver erfordern Sicherheitsvorkehrungen

Die kontinuierliche Weiterentwicklung trägt jedoch dazu bei, viele dieser Herausforderungen zu lösen.

Zukunftsaussichten für SLM

Die Zukunftsaussichten für den SLM-Druck sind positiv:

• Verbesserte Teilequalität mit weniger Fehlern
• Größere Bauvolumina ermöglichen größere Teile
• Höhere Baugeschwindigkeiten durch höhere Laserleistungen
• Die Entwicklung neuer Materialien erweitert die Anwendungsmöglichkeiten
• Hybridfertigung, die SLM mit maschineller Bearbeitung kombiniert
• Automatisierte Pulverhandhabung und Nachbearbeitung
• Mainstream-Akzeptanz in einem breiteren Spektrum von Branchen
• Sinkende Kosten machen es für mehr Anwendungen wirtschaftlich

Diese Fortschritte werden es SLM-gedruckten Metallteilen ermöglichen, bei immer mehr Anwendungen mit herkömmlichen Herstellungsverfahren zu konkurrieren.

Auswahl eines SLM-Druckdienstleisters

Hier sind wichtige Faktoren bei der Auswahl eines SLM-Dienstleisters:

• Erfahrung speziell mit der SLM-Technologie
• Umfangreiches Angebot an Ausstattungen und Baugrößen
• Materialkompetenz mit verschiedenen Metalllegierungen
• Sekundärverarbeitungsmöglichkeiten wie Wärmebehandlung
• Qualitätszertifizierungen wie ISO 9001 und AS9100
• Designoptimierung und technische Unterstützung
• Erfolgsbilanz bei Durchlaufzeiten und pünktlicher Lieferung
• Kundenreferenzen und Erfahrungsberichte
• Preisstruktur – Teil- oder Mengenpreis

Die Wahl eines zuverlässigen SLM-Servicepartners gewährleistet eine effiziente Produktion qualitativ hochwertiger Teile.

Vor- und Nachteile von SLM-Druck

Profis

• Komplexe Geometrien sind mit der Bearbeitung nicht möglich
• Schnelle Durchlaufzeiten vom CAD bis zum Teil
• Geringe Materialverschwendung und Buy-to-Fly-Verhältnisse
• Leichtbau durch optimierte Designs
• Konsolidieren Sie Baugruppen zu einzelnen gedruckten Teilen
• Maßgeschneiderte Just-in-Time-Produktionsmöglichkeiten
• Eliminiert die Kosten für Werkzeuge, Vorrichtungen und Vorrichtungen

Nachteile

• Hohe Maschinenkapitalinvestition
• Begrenzte Größe basierend auf den Abmessungen der Baukammer
• Zur Endbearbeitung von Teilen ist häufig eine Nachbearbeitung erforderlich
• Anisotrope Eigenschaften abhängig von der Aufbauausrichtung
• Fehlende Designstandards für die additive Fertigung
• Die Materialoptionen sind eingeschränkter als bei der Bearbeitung
• Erfordert geschultes Personal zur Bedienung der Ausrüstung

Für die Produktion geringer bis mittlerer Stückzahlen kann SLM erhebliche Vorteile bieten, es sind jedoch Einschränkungen zu berücksichtigen.

FAQs

Schlussfolgerung

SLM-Druck ermöglicht die bedarfsgerechte Produktion komplexer, leistungsstarker Metallteile mit einem digitalen Fertigungsworkflow. Da die Technologie weiter ausgereift ist, wird SLM für mehr Mainstream-Anwendungen in verschiedenen Branchen nutzbar. Die einzigartigen Möglichkeiten des SLM-Drucks werden Ingenieure und Designer in die Lage versetzen, mithilfe der additiven Fertigung innovative Produkte der nächsten Generation zu entwickeln.

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