Laser-Additive Fertigung (LAM)

Überblick über Laser-Additive Fertigung (LAM)

Laser Additive Manufacturing (LAM) ist eine revolutionäre Technologie im Bereich der Metallherstellung. Sie nutzt einen Hochleistungslaser, um Metallpulver zu komplizierten und präzisen Komponenten zu verschmelzen. Dieses Verfahren, das auch als 3D-Druck bekannt ist, verändert die Industrie, da es die Herstellung komplexer Geometrien ermöglicht, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht oder nur mit hohem Kostenaufwand zu realisieren waren.

LAM zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Teile mit außergewöhnlicher Festigkeit, leichten Strukturen und minimalem Abfall herzustellen. Für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und das Gesundheitswesen, in denen die Nachfrage nach Hochleistungswerkstoffen und maßgeschneiderten Komponenten ständig wächst, ist LAM ein entscheidender Faktor.

Arten und Zusammensetzung von Metallpulvern in LAM

Eines der kritischen Elemente bei LAM ist das verwendete Metallpulver. Die Wahl des Pulvers hat erhebliche Auswirkungen auf die Eigenschaften, die Qualität und die Leistung des Endprodukts. Hier ein detaillierter Blick auf einige spezifische Metallpulvermodelle:

Metallpulver	Zusammensetzung	Eigenschaften	Merkmale
Ti6Al4V (Titan-Legierung)	90% Titan, 6% Aluminium, 4% Vanadium	Hohe Festigkeit, geringes Gewicht	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, biokompatibel
316L-Edelstahl	17% Chrom, 12% Nickel, 2% Molybdän, Eisen	Hohe Duktilität, Korrosionsbeständigkeit	Nicht-magnetisch, leicht zu schweißen
Inconel 718	Nickel, Chrom, Eisen, Niobium	Hochtemperaturbeständigkeit	Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen
AlSi10Mg (Aluminium-Legierung)	89% Aluminium, 10% Silizium, 1% Magnesium	Leichtes Gewicht, gute Wärmeleitfähigkeit	Gute Schweißbarkeit, hohe Ermüdungsfestigkeit
CoCr (Kobalt-Chrom-Legierung)	Kobalt, Chrom	Abriebfestigkeit, hohe Festigkeit	Biokompatibel, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
Martensitaushärtender Stahl (18Ni300)	18% Nickel, 12% Kobalt, 4% Molybdän	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Gute Formbeständigkeit, schweißbar
Kupfer	Reines Kupfer	Ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit	Gute Wärmeleitfähigkeit, antibakterielle Eigenschaften
H13 Werkzeugstahl	Eisen, 5% Chrom, 1% Molybdän, 1% Vanadium	Hohe Zähigkeit, Hitzebeständigkeit	Gute Verschleißfestigkeit, hohe Härtbarkeit
Ni625 (Nickellegierung)	58% Nickel, 21% Chrom, 9% Molybdän	Hohe Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit	Gute Schweißbarkeit, Oxidationsbeständigkeit
Bronze	Kupfer, 12% Zinn	Gute Verschleißfestigkeit, geringe Reibung	Ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit

Anwendungen von Laser-Additive Fertigung (LAM)

Dank seiner Vielseitigkeit eignet sich LAM für eine breite Palette von Anwendungen in verschiedenen Branchen. Hier sind einige der wichtigsten Anwendungen:

Industrie	Anmeldung	Beschreibung
Luft- und Raumfahrt	Motorkomponenten, Strukturteile	Leichte, stabile Teile mit komplexen Geometrien
Automobilindustrie	Kundenspezifische Teile, leichte Komponenten	Hochleistungsteile, die das Fahrzeuggewicht reduzieren und die Effizienz verbessern
Medizinische	Implantate, Prothesen, chirurgische Instrumente	Maßgeschneiderte, biokompatible Produkte zur Verbesserung der Patientenergebnisse
Energie	Turbinenschaufeln, Wärmetauscher	Langlebige, hochtemperaturbeständige Komponenten für Energiesysteme
Werkzeugbau	Formen, Gesenke, Vorrichtungen	Präzisionswerkzeuge zur Verbesserung von Fertigungsprozessen
Elektronik	Kühlkörper, Anschlüsse	Effizientes Wärmemanagement und präzise elektronische Komponenten
Schmuck	Individuelle Designs, komplizierte Muster	Hochdetaillierte, individuelle Schmuckstücke
Verteidigung	Leichte Rüstung, Waffenkomponenten	Hochfeste, langlebige Teile für Verteidigungsanwendungen
Architektur	Strukturelle Komponenten, künstlerische Elemente	Einzigartige, komplexe Entwürfe für moderne Architekturprojekte
Konsumgüter	Maßgeschneiderte Waren, komplizierte Designs	Personalisierte Produkte mit aufwändiger Detaillierung

Spezifikationen, Größen, Güteklassen und Normen für Metallpulver

Jedes Metallpulver, das für LAM verwendet wird, muss bestimmte Normen und Spezifikationen erfüllen, um optimale Leistung und Qualität zu gewährleisten. Hier finden Sie einen umfassenden Überblick über diese Aspekte:

Metallpulver	Partikelgröße	Klasse	Standard
Ti6Al4V	15-45 µm	Klasse 5	ASTM B348, ISO 5832-3
316L-Edelstahl	15-45 µm	Güteklasse 316L	ASTM A240, ISO 5832-1
Inconel 718	15-53 µm	Note 718	AMS 5662, ASTM B637
AlSi10Mg	20-63 µm	Klasse 10Mg	ISO 3522, EN 1706
CoCr	10-45 µm	F75, F799	ASTM F75, ISO 5832-4
Martensitaushärtender Stahl 18Ni300	15-45 µm	Klasse 300	AMS 6514, ASTM A538
Kupfer	20-45 µm	OFHC	ASTM F68, ISO 197-1
H13 Werkzeugstahl	15-45 µm	H13	ASTM A681, DIN 1.2344
Ni625	15-53 µm	Klasse 625	AMS 5666, ASTM B446
Bronze	20-45 µm	C90700	ASTM B427, SAE J461

Lieferanten und Preisangaben von Metallpulvern

Die Preise und die Verfügbarkeit von Metallpulvern können je nach Anbieter und den spezifischen Anforderungen des LAM-Verfahrens variieren. Hier finden Sie eine Liste einiger Lieferanten und einen Überblick über die Preisgestaltung:

Anbieter	Metallpulver	Preis pro kg	Verfügbarkeit
Höganäs	Ti6Al4V	$300	Global
Zimmerer-Zusatzstoff	316L-Edelstahl	$200	Global
LPW-Technologie	Inconel 718	$400	Global
AP&C	AlSi10Mg	$150	Global
Sandvik	CoCr	$350	Global
GKN Hoeganaes	Martensitaushärtender Stahl 18Ni300	$250	Global
Tekna	Kupfer	$100	Global
Renishaw	H13 Werkzeugstahl	$200	Global
Oerlikon	Ni625	$450	Global
Erasteel	Bronze	$180	Global

Vergleich der Vor- und Nachteile verschiedener Metallpulver

Das Verständnis der Vorteile und Grenzen der verschiedenen Metallpulver ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Materials für bestimmte Anwendungen in LAM. Hier ist ein vergleichender Überblick:

Metallpulver	Vorteile	Benachteiligungen
Ti6Al4V	Hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, Korrosionsbeständigkeit	Teuer, erfordert sorgfältige Handhabung bei der Verarbeitung
316L-Edelstahl	Korrosionsbeständig, gute Duktilität	Geringere Festigkeit im Vergleich zu einigen anderen Legierungen
Inconel 718	Ausgezeichnete Leistung bei hohen Temperaturen	Hohe Kosten, schwierig zu bearbeiten
AlSi10Mg	Leichtes Gewicht, gute thermische Eigenschaften	Geringere Festigkeit im Vergleich zu Stahllegierungen
CoCr	Biokompatibel, hohe Verschleißfestigkeit	Teuer, schwierig zu verarbeiten
Martensitaushärtender Stahl 18Ni300	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Erfordert eine nachträgliche Wärmebehandlung
Kupfer	Hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit	Oxidiert leicht, nicht so stabil wie andere Metalle
H13 Werkzeugstahl	Hohe Zähigkeit, Hitzebeständigkeit	Erfordert Wärmebehandlung, kann schwierig zu bearbeiten sein
Ni625	Hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit	Sehr teuer, schwierig zu verarbeiten
Bronze	Gute Bearbeitbarkeit, Verschleißfestigkeit	Geringere Festigkeit, kann teurer sein als Stahl

Vorteile von Laser-Additive Fertigung (LAM)

Die additive Fertigung mit Laser bietet eine Reihe von Vorteilen, die sie zu einer bevorzugten Wahl in verschiedenen Branchen machen:

1. Gestaltungsfreiheit: LAM ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, die mit herkömmlichen Methoden unmöglich oder sehr kostspielig sind. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für das Produktdesign und die Innovation.
2. Materialeffizienz: LAM verwendet nur die notwendige Menge an Material, was zu weniger Abfall und Kosteneinsparungen führt. Dies ist besonders bei teuren Materialien wie Titan- und Nickellegierungen von Vorteil.
3. Personalisierung: Sie ermöglicht die Herstellung maßgeschneiderter Teile, die auf spezifische Anforderungen zugeschnitten sind, wie z. B. medizinische Implantate, die perfekt auf die Anatomie eines Patienten abgestimmt sind.
4. Geschwindigkeit: LAM kann die Zeit vom Entwurf bis zur Produktion erheblich verkürzen und so die Produktentwicklung und Markteinführung beschleunigen.
5. Stärke und Langlebigkeit: Teile, die mit LAM hergestellt werden, weisen oft bessere mechanische Eigenschaften auf, wie z. B. eine höhere Festigkeit und eine bessere Ermüdungsbeständigkeit im Vergleich zu Teilen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren hergestellt werden.

Nachteile der laseradditiven Fertigung (LAM)

Trotz der vielen Vorteile hat LAM auch einige Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen:

1. Hohe Kosten: Die Anfangsinvestitionen in LAM-Ausrüstung und -Materialien können beträchtlich sein, was für kleine Unternehmen unerschwinglich sein kann.
2. Materielle Beschränkungen: Nicht alle Materialien sind für LAM geeignet, und die Auswahl an verfügbaren Pulvern kann begrenzt sein.
3. Oberfläche: Die mit LAM hergestellten Teile erfordern möglicherweise eine zusätzliche Nachbearbeitung, um die gewünschte Oberflächengüte und Präzision zu erreichen.
4. Größenbeschränkungen: Das Bauvolumen von LAM-Maschinen kann begrenzt sein, was die Herstellung sehr großer Teile erschwert.
5. Komplexität im Prozess: LAM erfordert ein hohes Maß an Fachwissen und eine sorgfältige Kontrolle der Prozessparameter, um Qualität und Konsistenz zu gewährleisten.

FAQ

Frage	Antwort
Was ist Laser-Additive Fertigung (LAM)?	LAM ist eine 3D-Drucktechnologie, die einen Hochleistungslaser verwendet, um Metallpulver zu präzisen, komplexen Komponenten zu verschmelzen.
Welche Materialien können in LAM verwendet werden?	Verschiedene Metallpulver wie Titanlegierungen, rostfreie Stähle, Nickellegierungen, Aluminiumlegierungen, Kobalt-Chrom, Kupfer und Werkzeugstähle können für LAM verwendet werden.
Was sind die Vorteile von LAM gegenüber der traditionellen Fertigung?	LAM bietet Designfreiheit, Materialeffizienz, Anpassungsfähigkeit, Schnelligkeit und überlegene mechanische Eigenschaften und ist damit ideal für komplexe und leistungsstarke Teile.
Was sind die häufigsten Anwendungen von LAM?	LAM wird in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Medizintechnik, im Energiesektor, im Werkzeugbau, in der Elektronik, in der Schmuckindustrie, im Verteidigungsbereich, in der Architektur und bei Konsumgütern für verschiedene Hochleistungsteile verwendet.
Was sind die Grenzen von LAM?	LAM kann kostspielig sein, hat Materialbeschränkungen, kann eine Nachbearbeitung für die Oberflächengüte erfordern, hat Größenbeschränkungen und erfordert ein hohes Maß an Fachwissen.
Wie verbessert LAM die Materialeffizienz?	Bei LAM wird nur die für die Herstellung eines Teils erforderliche Materialmenge verwendet, was den Abfall reduziert und Kosten spart, insbesondere bei teuren Materialien.
Welche Branchen profitieren am meisten von LAM?	Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Medizintechnik und der Energiesektor profitieren in hohem Maße von LAM, da sich damit leistungsstarke, maßgeschneiderte Komponenten herstellen lassen.
Ist LAM für die Massenproduktion geeignet?	LAM ist ideal für kleine bis mittelgroße Produktionsserien, insbesondere für komplexe und kundenspezifische Teile, kann aber bei sehr großen Produktionsserien seine Grenzen haben.
Wie hoch sind die Kosten für die in LAM verwendeten Metallpulver?	Die Kosten für Metallpulver sind sehr unterschiedlich und reichen von etwa $100 pro kg für gängige Materialien wie Kupfer bis zu über $450 pro kg für Speziallegierungen wie Ni625.
Wie stellt LAM die Qualität und Konsistenz der Teile sicher?	LAM erfordert eine sorgfältige Kontrolle der Prozessparameter, hochwertige Metallpulver und manchmal eine Nachbearbeitung, um die Qualität und Konsistenz der Teile zu gewährleisten.

Schlussfolgerung

Das Laser Additive Manufacturing (LAM) stellt einen bedeutenden Sprung nach vorn im Bereich der Metallverarbeitung dar. Mit seiner Fähigkeit, komplexe Geometrien herzustellen, den Abfall zu reduzieren und überlegene Materialeigenschaften zu bieten, verändert LAM die Industrie und verschiebt die Grenzen dessen, was in der Fertigung möglich ist. Da die Technologie immer weiter fortschreitet und zugänglicher wird, werden ihre Anwendungsmöglichkeiten weiter zunehmen, was LAM zu einem integralen Bestandteil der Zukunft der Fertigung macht.

mehr über 3D-Druckverfahren erfahren