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Dreidimensionale und funktionalen Objekten, ohne zusätzliche Montageschritte oder besondere Bindemittel.

Lasersintern

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Dreidimensionale und funktionalen Objekten, ohne zusätzliche Montageschritte oder besondere Bindemittel.

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Grundsätzlich erlaubt die SLS-Technik (hier: selective laser sintering) das Drucken von dreidimensionalen, funktionalen Objekten, ohne dass Sie hierfür zusätzliche Montageschritte oder besondere Bindemittel benötigen. Die einzige Voraussetzung ist, dass das jeweilige Objekt mit Hilfe von CAD-Anwendungen wie etwa ProEngineer, SolidWorks oder CATIA in digitaler Form dreidimensional gestaltet sein muss. Eine spezielle Slicing Software zerlegt anschließend die CAD-Anwendungen in verschiedene horizontale Ebenen und sendet diese Daten dann an den Drucker. Ob als fertiges Funktionsbauteil oder als Anschauungsmodell – das selektive Lasersintern bzw. das Laserschmelzen ist dabei prädestiniert für umfassende Konstruktionsprüfungen, für Einbauversuche sowie allgemein für die Erstellung voll funktionsfähiger Prototyping Modellen und Objekten. Lasersintern zeichnet sich dabei vor allem durch eine hohe Werkstoffbeständigkeit, eine enorme Zugfestigkeit und durch eine präzise Herstellung von 3D-Teilen aus.

Was ist Lasersintern?

Lasersintern zählt zu den generativen Schichtbauverfahren. Dabei geht es um das Sintern von dreidimensionalen Geometrien aus einem Ausgangsstoff in Pulverform. Zum Einsatz kommen diesbezüglich Laserstrahlen, die das genutzte Pulver in dünnen Schichten miteinander verschmelzen. Aufgrund dieser speziellen Vorgehensweise entstehen die jeweiligen Schichten des Werkstücks bzw. Bauteils quasi in einem Pulver-Bad. Das selektive Lasersintern realisiert dabei auch Geometrien, die schwer anzufertigen und äußerst komplex angelegt sind.

Herkömmliche Fertigungsmethoden offenbaren oftmals das Problem, dass Sie keine Geometrien bzw. Werkstücke anfertigen können, die Hinterschneidungen haben. Beim Laserschmelzen stellen diese Hinterschneidungen im Gegensatz zu eben der konventionellen gießtechnischen und mechanischen Fertigung keinerlei Problem dar und können jederzeit konzeptionell eingebunden und umgesetzt werden. Grundsätzlich wird beim Lasersintern dabei auf die Unterstützung von entsprechenden Stützstrukturen verzichtet. Stattdessen übernimmt das Pulver selbst während der Herstellung die Stützfunktion – unabhängig von der Bauteilgröße – des jeweiligen Bauteils.

Dieser Verzicht auf zusätzliche Stützstrukturen macht das Lasersintern hochgradig interessant für Anwendungen im Rapid Prototyping Bereich. Während bei alternativen Verfahren komplexe Bauteile häufig erst aufwändig aus verschiedenen Komponenten zusammengebaut werden müssen, setzt das selektive Lasersintern auf einen durchgehenden Fertigungsprozess. Aufgrund des daraus resultierenden Aufwand- und Zeitvorteils sind Ihnen beim Lasersintern stets kurze Fertigungszeiten garantiert. Zudem erzielen die Modelle eine vergleichsweise hohe Festigkeit. Das SLS-Verfahren wird dabei aber nicht nur vorzugsweise bei der Herstellung im Prototyping Bereich eingesetzt. Vielmehr können mit dieser Methode – mit den entsprechend speziellen Maschinen – auch mittelgroße Serien erschaffen werden.

Wie funktioniert das Lasersinter Verfahren?

Nachdem die von der Software aufbereiteten Daten an den Drucker geschickt wurden, beginnt dieser jede einzelne Schicht auszudrucken. Eingelagert ist die Form in einem Puderbett. Ein integrierter Laser verschmelzt dabei einzelne, selektive Puderpartikel miteinander. Dafür müssen Sie zunächst den sich im Drucker befindlichen Behälter mit dem pulverigen Grundmaterial. Im Drucker gibt es noch einen zweiten Behälter; dieser bleibt aber erst einmal leer. Beide Behälter sind mit einer Art Kolben ausgestattet, die sich je nach Bedarf senken und heben kann.

Zu Beginn ist der Kolben des mit Pulvers gefüllten Behälters komplett abgesenkt, während sich der Kolben des leeren Gefäßes in ebener Position befindet. Um den ersten Druckvorgang einzuleiten, wird eine Pulverschicht mit einer Schichtstärke von rund 0,1 mm aus dem gefüllten Behälter in das noch leere Gefäß verlagert. In der Regel wird dieser Vorgang von einer Walze ausgeführt. Jedes Mal wenn die Walze ihren Rollvorgang dann startet, senkt sich die jeweilige Bauplattform ab. Gleichzeitig hebt sich der andere Kolben an. Der Laser tastet die Pulverschicht dann ab und sorgt mit den durch den Laserstrahl hervorgerufenen hohen Temperaturen für das Verschmelzen der Puderartikel an den gewünschten Stellen und in der vorgegebenen Schichtstärke.

Genau diese Transformation bzw. dieses Verschmelzen wird Lasersintern genannt. Der Drucker wiederholt anschließend diesen Vorgang so oft, bis das 3D-Bauteil gemäß den Vorgaben der CAD-Datei vollständig ausgedruckt ist. Interessante Videos zu der Funktionsweise des Lasersinter Verfahrens finden Sie zum Beispiel auf https://www.youtube.com/watch?time_continue=6&v=9E5MfBAV_tA (in englischer Sprache), https://www.youtube.com/watch?v=AWS2UFkymGY und https://www.youtube.com/watch?v=rtZujQQDA9k.

Als Pulver können Sie vorzugsweise mit Polyamid Werkstoffen arbeiten. Denn Polyamid bietet als teilkristalliner Thermoplast in Form von etwa PA 12 eine im Vergleich gute chemische Beständigkeit und eine exzellente Zugfestigkeit respektive Steifigkeit. Neben PA 12 eignet sich zudem auch das weiße PA 2200 für den Einsatz im Rahmen des selektiven Lasersinterns. Beim PA 2200 handelt es sich um ein Polyamid, das gerade bei transluzenteren Werkstücken unterschiedlicher Bauteilgröße seine Stärken ausspielt. Auch Alumide können verwendet werden. Alumide sind ein Pulverwerkstoff, der aus einer Kombination von Aluminium und PA12 und besteht. Beim Druckvorgang wird der PA12 Anteil verschmolzen und das Aluminiumpulver gebunden. Dieser Kunststoff weist eine Schmelztemperatur von rund 170 °C, eine hervorragende Zugfestigkeit (MPa) sowie eine exzellente Bruchfestigkeit auf.

Die Vorteile des Selektiven Lasersintern

Es gibt kaum ein Verfahren, das eine derartige Flexibilität wie das selektive Lasersintern aufweist. Dies liegt vornehmlich an dem speziellen Schichtbau-Prinzip, auf dem das Lasersintern basiert. Denn durch dieses besondere Schichtbau-Prinzip sind dem jeweiligen Anwender bei der herzustellenden Geometrie quasi keine Grenzen gesetzt und daher auch keine Einschränkungen vorhanden. Neben dieser enormen Flexibilität bei der Gestaltung von Geometrien weist das selektive Lasersintern noch eine ganze Reihe weiterer Vorteile auf, die dieses Fertigungssystem von den traditionellen Verfahren deutlich abhebt:

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In erster Linie ist hier die Funktionsintegration zu nennen. Dies bedeutet, dass Sie Elemente, wie zum Beispiel Luftkanäle, Rasten, Scharniere oder Federkomponenten, direkt in das Modell bzw. in das Bauteil integrieren können. Dadurch lassen sich Montagezeiten erheblich reduzieren. Diese Funktionsintegration zählt dann auch nicht umsonst zu den prägnantesten Vorteilen der additiven Fertigung.

- Zum einen können Sie das gefertigte Bauteil direkt als Funktionselement einsetzen. Zum anderen aber können Sie Ihre Produkte respektive die entsprechenden Konstruktionen jederzeit auch auf Funktionalität, Fehler und Schwachstellen überprüfen. Das gibt Ihnen die Möglichkeit, das jeweilige Produkt bei Bedarf stets schnell und vor allem an den richtigen Stellen verbessern.
  • Werkzeuge kommen beim Herstellungsprozess zu keiner Zeit zum Einsatz. Diese werkzeuglose Fertigung führt insbesondere bei einzelnen Prototypen bzw. bei Einzelstücken sowie bei Kleinserien zu einer deutlichen Kostenreduzierung, was einen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet.
  • Das selektive Lasersintern kann Arbeiten und auch kurzfristige Änderungen stets zeitnah innerhalb kürzester Zeit realisieren; die gewünschten Modelle können also äußerst schnell gefertigt werden. Dies ist ein wichtiger Faktor, denn in der heutigen Zeit werden die Produktzyklen immer kürzer. Schnell umgesetzte Änderungen können dabei einen Wettbewerbsvorteil generieren.
  • Die sehr kurzen Durchlaufzeiten verbessern das „time to market“, also die Dauer von der Entwicklung eines Produkts bis zur letztendlichen Produktplatzierung am Markt. Der Begriff „time to market“ fungiert dabei als eine Erfolgskennziffer für Unternehmen. Denn während dieser Phase fallen zwar Kosten für das Produkt an, aber Umsatz wird jetzt noch nicht erwirtschaftet.
  • Per Lasersintern können Produkte jeweils bedarfsgerecht hergestellt werden. Dies verhindert eine explizite Lagerhaltung von großen Beständen bzw. Stückzahlen. Wirtschaftlich betrachtet können Unternehmen somit der Kapitalbindung (durch das Einlagern von Beständen) entgegenwirken. Außerdem verhindern Sie auf diesem Wege, dass Sie bereits veraltete Produktvarianten im Lager haben.
  • In einigen Branchen, wie etwa im Sondermaschinenbau, ist eine komplexe Lagerhaltung von Ersatzteilen in der Regel üblich. Von den Kosten für die Lagerhaltung einmal abgesehen, ist hierfür zudem auch immer eine umfassende Logistik unabdingbar. Dank der Methode des Lasersinterns müssen Ersatzteile nicht mehr im jetzigen Umfang eingelagert werden. Damit stellt das Lasersintern mit seiner stets möglichen On Demand Ersatzteilfertigung einen wichtigen Faktor zur Kostensenkung in einem Unternehmen dar.

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