SLM für die additive Metallfertigung

Überblick über das selektive Laserschmelzen

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist ein 3D-Druckverfahren für Pulverbettschmelzmetalle, bei dem mithilfe eines Lasers Metallpulverpartikel Schicht für Schicht selektiv geschmolzen und verschmolzen werden, um vollständig dichte Teile aufzubauen.

Hauptmerkmale der SLM-Technologie:

SLM ermöglicht komplexe, anpassbare Metallteile für Luft- und Raumfahrt-, Medizin-, Automobil- und Industrieanwendungen.

Wie selektives Laserschmelzen funktioniert

Das SLM-Druckverfahren funktioniert wie folgt:

• 3D-Modell, aufgeteilt in 2D-Querschnittsschichten
• Pulver in dünner Schicht auf der Bauplatte verteilen
• Der Laser scannt selektiv die Schicht und schmilzt das Pulver
• Geschmolzenes Pulver verfestigt sich und verschmilzt miteinander
• Bauplatte absenken und neue Schicht darauf verteilen
• Der Vorgang wird wiederholt, bis das gesamte Teil aufgebaut ist

Das ungeschmolzene Pulver unterstützt beim Aufbau des Bauteils. Dies ermöglicht komplexe Geometrien ohne dedizierte Stützstrukturen.

Arten von selektiven Laserschmelzsystemen

Es gibt einige SLM Systemkonfigurationen:

Multi-Laser-Systeme ermöglichen schnellere Aufbauten, während die Pulverhandhabung im geschlossenen Kreislauf die Effizienz und Recyclingfähigkeit verbessert.

Materialien für das selektive Laserschmelzen

Zu den gängigen Metallmaterialien, die für SLM verwendet werden, gehören:

Eine Reihe von Legierungspulvern ermöglicht Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Temperaturbeständigkeit und Biokompatibilität, die für alle Anwendungen erforderlich sind.

Anwendungen des selektiven Laserschmelzens

Zu den typischen Anwendungen des SLM-Metalldrucks gehören:

SLM ermöglicht die Konsolidierung komplexer, kundenspezifischer Metallteile in einem Stück und die Optimierung von Gewicht und Leistung.

Vorteile des selektiven Laserschmelzens

Hauptvorteile der SLM-Technologie:

Diese Vorteile ermöglichen leistungsfähigere Metallteile für den Endverbrauch bei wettbewerbsfähigen Vorlaufzeiten und Kosten bei geringeren Produktionsmengen.

Einschränkungen des selektiven Laserschmelzens

Zu den Einschränkungen von SLM gehören:

Die Technologie eignet sich am besten für geringe bis mittlere Produktionsmengen komplexer Metallteile.

Lieferanten von SLM-Druckern

Führende SLM-Systemhersteller:

Die Maschinen reichen von kleineren Bauvolumen um 250 x 250 x 300 mm bis hin zu großen 800 x 400 x 500 mm-Systemen für hohe Produktivität.

Auswahl eines SLM 3D-Druckers

Wichtige Überlegungen bei der Auswahl eines SLM-Systems:

Das optimale SLM-System bietet die für die Anwendungen erforderlichen Materialien, Bauvolumen, Geschwindigkeit und Pulverhandhabungsfunktionen.

Anforderungen an SLM-Einrichtungen

Um einen SLM-Drucker betreiben zu können, muss die Einrichtung Folgendes erfüllen:

• Elektrische Leistungsstufen typisch 20–60 kW
• Stabile Temperatur um 20-25°C
• Niedrige Luftfeuchtigkeit unter 70% RH
• Partikelkontrolle und Handhabung von Metallpulver
• Zufuhr und Entlüftung von Inertgas
• Abgasfiltration für freigesetzte Partikel
• Überwachungssysteme für die Atmosphäre
• Strenge Personalsicherheitsverfahren

SLM-Systeme erfordern eine umfangreiche Infrastruktur für Stromversorgung, Kühlung, Pulverhandhabung und Inertgaszufuhr.

SLM-Druckprozessparameter

Typische SLM-Druckparameter:

Um für jedes Legierungspulver vollständig dichte Teile zu erhalten, ist eine genaue Anpassung dieser Parameter erforderlich.

SLM Designrichtlinien und -beschränkungen

Zu den wichtigsten SLM-Designrichtlinien gehören:

Der SLM-Prozess stellt geometrische Anforderungen wie Überhangwinkel und Mindeststrukturgrößen, die berücksichtigt werden müssen.

SLM-Nachbearbeitungsanforderungen

Gängige Nachbearbeitungsschritte für SLM-Teile:

Der Grad der Nachbearbeitung hängt von den Anwendungsanforderungen an Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit und Materialeigenschaften ab.

Qualifikationstests für SLM-Teile

Typische Qualifikationstests für SLM-Komponenten:

Durch gründliche Tests wird sichergestellt, dass SLM-Teile die Anforderungen erfüllen, bevor sie in Produktionsanwendungen eingesetzt werden.

Vorteile von SLM Technologie

Das selektive Laserschmelzen bietet entscheidende Vorteile:

• Komplexe, organische Geometrien sind mit Guss oder CNC nicht möglich
• leichtere Strukturen durch Topologieoptimierung
• Teilekonsolidierung in einzelne gedruckte Komponenten
• Weniger Abfall im Vergleich zu subtraktiven Methoden
• Anpassung und schnelle Designiterationen
• Just-in-time-Produktion von Metallteilen
• Hohe Festigkeit und Härte, die an bearbeitete Materialien heranreichen

Aufgrund dieser Vorteile eignet sich SLM branchenübergreifend für die On-Demand-Produktion hochwertiger Kleinserienteile.

Herausforderungen bei der Einführung des SLM-Drucks

Zu den Hindernissen für die Einführung von SLM gehören:

Mit zunehmender Reife der Technologie werden diese Hindernisse durch verbesserte Materialien, Geräte, Schulungen und Standardisierungsbemühungen in der gesamten Branche abgebaut.

Die Zukunft des selektiven Laserschmelzens

Neue Trends in der SLM-Technologie:

• Größere Bauvolumina über 500 x 500 x 500 mm
• Multi-Laser-Systeme für schnellere Bauraten
• Strecklegierungen einschließlich Hochtemperatur-Superlegierungen
• Verbesserte Recyclingfähigkeit und Handhabung des Pulvers
• Automatisierte Support-Entfernung und Nachbearbeitung
• Hybridfertigung mit Kombination von AM und CNC
• Spezialisierte Software zur Designoptimierung
• Standardisierung von Prozessparametern und Teilequalifizierung

SLM-Systeme werden hinsichtlich Baugröße, Geschwindigkeit, Materialien und Zuverlässigkeit weiter weiterentwickelt, um den Produktionsanforderungen in immer mehr industriellen Anwendungen gerecht zu werden.

Zusammenfassung der wichtigsten Punkte

• SLM verschmilzt selektiv Metallpulver mit einem Laser für den 3D-Druck mit voller Dichte
• Pulverbettschmelzverfahren für feine Details und komplexe Geometrien
• Geeignet für Luft- und Raumfahrt-, Medizin-, Automobil- und Industrieanwendungen
• Verwendet Metalle wie Edelstahl, Titan, Aluminium und Nickellegierungen
• Bietet Vorteile der Teilekonsolidierung, Individualisierung und Gewichtsreduzierung
• Erfordert eine kontrollierte Atmosphäre und robuste Pulverhandhabungssysteme
• Bei gedruckten Teilen kann eine erhebliche Nachbearbeitung erforderlich sein
• Führende Technologie für Produktionsanwendungen mit kleinen bis mittleren Stückzahlen
• Laufende Verbesserungen bei Materialien, Baugröße, Geschwindigkeit und Qualität
• Ermöglicht hochleistungsfähige gedruckte Metallkomponenten

Das selektive Laserschmelzen wird als industrielle Fertigungslösung für kundenspezifische Metallteile nach Bedarf weiter wachsen.

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