SLM Additive Fertigung

Die additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, ist eine transformative Methode zur Herstellung von Teilen und Produkten. Eine der am häufigsten verwendeten additiven Fertigungstechniken ist Selektives Laserschmelzen (SLM). SLM ist ein Pulverbettschmelzverfahren, bei dem ein Hochleistungslaser selektiv Materialpulver miteinander verschmilzt, um Teile Schicht für Schicht aufzubauen.

Mit SLM können komplexe Geometrien mit komplizierten inneren Merkmalen direkt aus 3D-CAD-Daten erstellt werden. Es minimiert auch den Materialabfall und bietet eine Designflexibilität, die bei der herkömmlichen Fertigung nicht möglich ist. SLM erfordert jedoch eine spezielle Ausrüstung, optimierte Verarbeitungsparameter und ein Verständnis der Materialeigenschaften.

Dieser umfassende Leitfaden enthält alles, was Sie über die additive Fertigung durch selektives Laserschmelzen wissen müssen. Er erklärt die Technologie, typische Materialien, Anwendungen, Vorteile und Einschränkungen, Spezifikationen, Lieferanten, Kosten, Vergleiche mit anderen 3D-Druckverfahren und vieles mehr. Lesen Sie weiter und werden Sie ein SLM-Experte!

So funktioniert der SLM-3D-Druck

Beim SLM wird ein fokussierter Laserstrahl verwendet, um Metallpulver zu schmelzen und miteinander zu verschmelzen. Die Teile werden auf der Grundlage von geschnittenen 3D-CAD-Modelldaten additiv Schicht für Schicht aufgebaut. Hier sind die wichtigsten Aspekte des SLM-Verfahrens:

SLM Additive Manufacturing Prozess Übersicht

Der schichtweise Ansatz ermöglicht die Schaffung komplexer, organischer Formen mit komplizierten inneren Hohlräumen und Tunneln, die mit herkömmlichen Methoden wie dem Gießen oder der maschinellen Bearbeitung von massiven Blöcken nicht hergestellt werden könnten.

SLM wird auch unter ähnlichen Bezeichnungen wie Selektives Lasersintern (SLS), Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) und Pulverbettfusion (PBF) bezeichnet. Die Kernaspekte dieser pulverbasierten Verfahren sind im Wesentlichen identisch, mit kleinen Unterschieden in der Ausstattung.

SLM-Materialien

Eine breite Palette von Metallen, Legierungen und Keramiken kann mit der SLM-Technologie der additiven Fertigung bearbeitet werden. Zu den am häufigsten verwendeten gehören rostfreie Stähle, Kobalt-Chrom, Titan, Aluminium und Superlegierungen auf Nickelbasis. Die Materialoptionen werden mit der Weiterentwicklung der Technologie ständig erweitert.

Gängige SLM-Materialien und -Verwendungen

Die beliebteste Option ist 316L-Edelstahlpulver aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hochwertigen Oberflächen und niedrigeren Kosten im Vergleich zu exotischen Legierungen.

Materialien für das SLM durchlaufen eine strenge Qualitätskontrolle mit kugelförmigen Pulverpartikeln mit einem Durchmesser von durchschnittlich 15-100 Mikrometern. Feinere Pulver verbessern die Auflösung, während gröbere Pulver schneller, aber mit geringerer Genauigkeit hergestellt werden.

SLM-Anwendungen

SLM wird für die Herstellung von Prototypen, kundenspezifischen Werkzeugen und Kleinserien von komplexen, leistungsstarken Metallkomponenten mit verbesserten mechanischen Eigenschaften geschätzt. Hier sind einige der führenden Anwendungen in den wichtigsten Branchen:

SLM Additive Manufacturing Anwendungsbereiche

Die Fähigkeit, Baugruppen zu Einzelteilen zusammenzufassen, Designs schnell anzupassen und die Vorlaufzeiten im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden von Monaten auf Tage zu verkürzen, untermauert den zunehmenden Einsatz von SLM für Produktionsanwendungen in diesen Branchen.

SLM Drucker Hersteller

Viele Unternehmen stellen SLM-Geräte her, die auch als 3D-Drucker bezeichnet werden. Zu den wichtigsten Anbietern von professionellen 3D-Druckern für den industriellen Einsatz gehören:

Führende Anbieter von SLM-Maschinen

Während die Anschaffungskosten für eine industrielle SLM-Maschine zwischen $150.000 und über $1 Million liegen, ist die Auswahl des richtigen Systems für den verfügbaren Platz, den Materialbedarf, die Genauigkeitsanforderungen und die Budgetüberlegungen entscheidend. Führende Hersteller bieten verschiedene Baugrößen, Multi-Laser-Konfigurationen für Geschwindigkeit, spezielle Parameter für Qualität und Wiederholbarkeit bei verschiedenen Legierungen, Software-Automatisierungsfunktionen und vieles mehr.

SLM-Materialeigenschaften

Auf SLM-Maschinen gedruckte Teile weisen aufgrund der schichtweisen Herstellung und der schnellen Erstarrung einzigartige Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Guss- und Bearbeitungsmethoden auf.

Vergleich der mechanischen Eigenschaften - SLM vs. traditionelle Fertigung

Die hohen Abkühlungsraten des SLM-Verfahrens, die 106 °C/s überschreiten, erzeugen feinere Mikrostrukturen mit metastabilen Phasen. Dies führt zu einer maximalen Dichte bei der Pulverkonsolidierung und zu hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie erhöhter Streck- und Zugfestigkeit. Die Dehnung ist bei SLM-Teilen in der Regel geringer, da die hohe Härte und das Vorhandensein von Eigenspannungen die Duktilität einschränken.

Durch geeignete Wärmebehandlungen und heißisostatisches Pressen (HIP) können innere Spannungen abgebaut, die physikalischen Eigenschaften weiter optimiert und die Konsistenz verbessert werden. Insgesamt kann SLM eine Dichte von mehr als 99,5% erreichen, um funktionale Metallteile zu erhalten, die im Wesentlichen mit der traditionellen Fertigung identisch sind.

SLM vs. anderer 3D-Druck

Vergleich von SLM mit anderen additiven Fertigungsverfahren

SLM unterscheidet sich von anderen Pulverbettschmelzverfahren wie dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM) durch seine schnelleren Scangeschwindigkeiten zur Herstellung von Teilen mit geringeren Eigenspannungen und höherer Auflösung. SLM produziert vollständig dichte, funktionale Metallteile, während der Binderjet-3D-Druck zwar schneller ist, aber mehr Nachbearbeitungsaufwand mit sich bringt. FDM- und SLA-Systeme sind SLM- und EBM-Anlagen in Bezug auf die verfügbare Materialstärke weit unterlegen.

SLM-Spezifikationen

3D-Drucker, die mit der Technologie des selektiven Laserschmelzens arbeiten, werden durch mehrere Schlüsselparameter spezifiziert, die die Materialien, die Präzision und die herstellbaren Teilegrößen bestimmen.

Wichtige Spezifikationen der SLM-Maschine

Diese Kernparameter der Maschine sowie Faktoren wie die eingebaute Heizung zum Vorwärmen des Pulvers und die Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit ermöglichen die Abstimmung der mechanischen Eigenschaften. Die Schutzgasumgebung in der Kammer verhindert auch die Oxidation, während die Laser tausende Male pro Bauteil über das Metallpulverbett rastern.

Genauigkeit und Oberflächengüte

Die Maßgenauigkeit und die Oberflächengüte von SLM-gedruckten Teilen liegen in einem relativ großen Bereich, der von den gewählten Parametern, der Komplexität der Geometrie, der Nachbearbeitung und der Technik des Bedieners abhängt.

SLM-Genauigkeit und Oberflächengüte

Geeignete Ausrichtung, Stützstrukturen, Vorwärmung der Bauplatte, optimierte Scanstrategien und Nachbearbeitungsschritte wie CNC-Bearbeitung und Polieren können die Oberflächengüte verbessern. Die Maßgenauigkeit hängt auch stark von der richtigen Kalibrierung der Geräte ab.

Nachbearbeitungsanforderungen

Nachdem das SLM-System die Herstellung eines Bauteils abgeschlossen hat, sind in der Regel weitere Nachbearbeitungsschritte erforderlich, bevor die Teile in Betrieb genommen werden können. Diese Schritte können umfassen:

• Entnahme von Teilen aus dem Pulverkuchen
• Beseitigung von Stützstrukturen
• Spannungsabbauende Wärmebehandlungen
• Heißisostatisches Pressen (HIP)
• Oberflächenschleifen, Sandstrahlen, Perlstrahlen, Polieren
• Zerstörungsfreie Prüfung

Die Nachbearbeitung zielt darauf ab, die Oberflächenrauheit zu verringern, Eigenspannungen abzubauen, Mikroporositäten zu schließen und die Maßgenauigkeit und Ästhetik zu verbessern.

Spezifische Verfahren werden durch den Materialtyp, die Produktionsabsicht (Prototyp vs. Funktionsteil), die Leistungsanforderungen und die erforderlichen kritischen Toleranzen bestimmt.

Kostenanalyse

Die Ermittlung der Investitionsrentabilität für die Anschaffung und den Betrieb eigener SLM-Fertigungskapazitäten für die additive Fertigung hängt von vielen Variablen ab.

SLM-Kostenüberlegungen

Wägen Sie die Gesamtbetriebskosten gegen Werttreiber wie:

- Designfreiheit für Gewichtsreduzierung, kundenspezifische Anpassung, Teilekonsolidierung

- Verkürzung der Vorlaufzeit von Monaten auf Tage/Stunden

- Vereinfachung der Lieferkette durch Fertigung auf Abruf

- Leistungsverbesserungen wie erhöhte Festigkeit und Härte

- Nachhaltige Produktion mit minimalem Abfall gegenüber subtraktiven Methoden

- Verlängerte Lebensdauer hochwertiger Teile wie in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizintechnik

Die Quantifizierung von Produktivitäts- und Innovationsgewinnen ist entscheidend. Mit etwas Erfahrung können die Gesamtkosten pro mit SLM hergestelltem Teil mit denen der CNC-Bearbeitung bei kleineren Produktionsserien mithalten.

Industrie-Normen

Da es sich um eine relativ neue Technologie handelt, werden derzeit noch Anstrengungen unternommen, um branchenweite Spezifikationen, Codes und Normen für die additive SLM-Fertigung einzuführen.

SLM-Standardisierungs-Landschaft

Die Zertifizierung nach diesen Normen gewährleistet Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit bei der Auftragsvergabe für AM-Teile in der gesamten Lieferkette. Die Einhaltung der Normen ermöglicht auch eine breitere Akzeptanz in regulierten Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik.

Fallstudien

Zahlreiche Unternehmen nutzen die Designfreiheit und die kurzen Vorlaufzeiten von SLM, um leichtere und stabilere Komponenten zu fertigen - von Raketen für die Luft- und Raumfahrt bis hin zu Formel-1-Autos.

SLM Additive Manufacturing Anwendungsbeispiele

Diese Anwendungen zeigen, dass SLM-Teile die herkömmlichen Fertigungsbeschränkungen übertreffen. Je mehr Unternehmen AM-Technologien einsetzen, desto größer werden die Innovationsmöglichkeiten.

SLM Additive Fertigung - FAQs

Häufig gestellte Fragen zu SLM

Diese FAQ fasst die Antworten auf die wichtigsten Fragen zur additiven Fertigung durch selektives Laserschmelzen zusammen. SLM ermöglicht neue Leistungsmaßstäbe dank völliger Designfreiheit.

Die Zukunft von SLM

Die Verbreitung von SLM nimmt weiter zu, da immer mehr Branchen die Grenzen der additiven Fertigung ausloten. Fortschritte bei Ausrüstung, Software, Materialien und Qualitätsprozessen werden die Anwendungsmöglichkeiten erweitern.

Erwarten Sie eine breitere Verfügbarkeit von spezialisierten Maschinen und Bearbeitungsparametern aus mehreren Legierungen von führenden Druckerherstellern. Hybride Systeme, die komplementäre Prozesse wie Fräsen, Bohren und Inspektion umfassen, werden ebenfalls für die integrierte Fertigung entwickelt. Automatisierte Pulverentfernung und -rückgewinnung werden die Kosten senken.

Die Überwachung in Echtzeit ermöglicht noch strengere Prozesskontrollen und eine geschlossene Qualitätssicherung. Algorithmen des maschinellen Lernens können die Gebäudeleistung optimieren. In dem Maße, in dem sich die Standards für bewährte Verfahren verfestigen, werden die Nutzer auch mehr Vorhersehbarkeit gewinnen.