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Bauen und Wohnen

Präzision und Effizienz - 

selektives Laserschmelzen von 3D-Bauteilen. Selektives Laserschmelzen erlaubt es, Bauteile aus Metallpulver ohne weitere Werkzeuge und Formen herzustellen.

© Michal Jamoluk / PL

Das Verfahren ist auch als Selective Laser Meltin oder Metall 3D-Druck bekannt und als additive Technik nicht an klassische Fertigungsrichtlinien gebunden. Schicht für Schicht wird das zu fertigende Teil durch den Laser aufgebaut - durch Mikroschweißprozesse, welche die gewünschte Form im Pulverbett entstehen lassen. 

Funktion und Ablauf des Laserschmelzens

Selektives Laserschmelzen von Protiq ist ein additiver, werkzeugloser Herstellungsprozess für metallische Werkstoffe. "Additiv" meint hierbei, dass sich im Verarbeitungsprozess Metalle bis zum Erreichen der gewünschten Form anlagern. Beim selektiven Laserschmelzen wird das zu bearbeitende Metall in einer dünnen Schicht auf eine Bauplatte in Pulverform aufgebracht. Ein Hochenergiefaserlaser schmilzt das feine Metall lokal in Pulverform. Dieser kühlt sich dann ab. Die Kontur des Bauteils wird durch Biegen des Laserstrahls mit einer gespiegelten Ablenkeinheit erzeugt. Das endgültige Bauteil wird nun Schicht für Schicht aufgebaut, wobei die Schichtdicken von 15 - 500 um reichen können. Durch das Absenken in den Boden der Baukammer erhöht sich der Pulverauftrag, der dann wieder geschmolzen wird. Dieser Zyklus wird wiederholt, bis die gewünschte 3D-Geometrie entsteht. Das fertige Teil wird vom restlichen Pulver gereinigt, die notwendigen Stützstrukturen werden entfernt und das Teil bei Bedarf wiederaufbereitet, etwa durch Oberflächenveredelungen.

Bauteile in Segmente unterteilen

Eine Komponente kann in verschiedene Bereiche oder Segmente mit unterschiedlichen Eigenschaften unterteilt werden. So erfordert beispielsweise die Außenfläche eines 3D-Druckteils oft eine höhere Festigkeit und geringere Porosität als die Innenseite des Bauteils. Gemäß diesen Anforderungen werden die einzelnen Segmente mit unterschiedlichen Expositionsstrategien bearbeitet. Überhängende Bauteiloberflächen werden als separate Zone betrachtet. Die Oberseiten können mit einer spezifischen Belichtungsstrategie versehen werden, um die Rauheit des Endbauteils deutlich zu minimieren. Mit der stochastischen Beleuchtung können verschiedenste Faktoren wie Dichte und Oberflächenqualität gezielt konfiguriert werden. Das bedeutet, dass einzelne Segmente jeder Schicht nacheinander vom Laser bearbeitet werden. Das Verfahren reduziert die Spannungen im Bauteil deutlich, sodass feste und großvolumige Bauteile mit minimalem Verzug erzeugt werden können. 

Vorteile des innovativen Verfahrens

Das selektive Laserschmelzen nimmt aufgrund der Flexibilität der zu bearbeitenden Materialien und der Fähigkeit, funktionale Komponenten mit mechanischen Eigenschaften zu schaffen, eine besondere Stellung ein. Wesentliche Vorteile der Technik sind die geometrische Freiheit und die Reduzierung der Prozessschritte. Es können komplexe dreidimensionale Formen umgesetzt werden und das detailgenau. Heute umfasst die Anwendung des selektiven Laserschmelzens nicht nur das Prototyping, sondern auch Bereiche wie Modellbau, Werkzeugbau und die Herstellung von Endverbrauchsteile in Stückzahlen von ein bis tausend oder mehr. Die Technik ist ein sehr vielseitiges Verfahren, das in der Lage ist, funktionale Komponenten aus Materialien mit mechanischen Eigenschaften ähnlich denen von Schüttgütern herzustellen. Voll funktionsfähige dreidimensionale Teile, entstehen aus einem CAD-Modell und das mit höchster Präzision. Maßgeschneiderte medizinische Teile, Werkzeugeinsätze mit nachgiebigen Kühlkanälen und Funktionsteile mit hohem geometrischen Komplexitätsgrad sind gute Beispiele, um den Umfang dieses Prozesses aufzuzeigen.

*Dieser Artikel entstand in Zusammenarbeit mit dem externen Redakteur Autor: A. Liebscher. 

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