Das Thema Schichtbauverfahren gewann in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung und der Siegeszug ist noch lange nicht abgeschlossen. Die Automobilindustrie hat den Anfang gemacht und in der Zwischenzeit schätzen immer mehr Anwender die Zeit- und Kostenvorteile der 3D-Drucktechnologie. Dabei kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Neben Möglichkeiten wie der Schmelzschichtung oder dem Polyjet Druck ist selektives Lasersintern das am Häufigsten zur Anwendung kommende industrielle Schichtverfahren.
Wie funktioniert selektives Lasersintern?
Beim Lasersintern werden verschiedene Kunststoffe in Pulverform verwendet. Die Strukturen für das Werkstück kommen aus einem CAD-Programm. Das ausgewählte Pulver wird auf einer Plattform aufgetragen und im Anschluss von einem Laserstrahl punktgerecht verteilt und verschmolzen. Damit ist die erste Schicht fertig. In weiterer Folge wird das Objekt genau mit dieser Vorgehensweise Schicht für Schicht aufgebaut. Wenn Pulver übrigbleibt und nicht verschmolzen wird, kann es wiederverwendet werden. Das verringert den Materialverschleiß und damit verbunden auch die Kosten für die Produktion.
In einem Arbeitsvorgang können Werkstücke mit 10 Zentimetern Höhe, 5 Zentimetern Breite und 4,5 Zentimetern Tiefe gefertigt werden. Durch Addition einzelner Bauteile können in mehreren Arbeitsgängen jedoch auch größere Objekte gedruckt werden.
Seit wann gibt es selektives Lasersintern?
Das Verfahren ist keineswegs neu und wurde bereits in den 1980er Jahren von einem Studenten an der University of Texas entwickelt. Das Patent dafür hat er bereits 1986 angemeldet, doch bis zur Marktreife dauerte es dann noch ein paar Jahre. Seit Mitte der 1990er Jahre kommt das Verfahren im industriellen Bereich vor allem in der Automobilindustrie zum Einsatz und wurde seitdem ständig optimiert und verfeinert.
Für welche Anwendungszwecke ist das Verfahren geeignet?
In erster Linie wird selektives Lasersintern beim Rapid Prototyping verwendet. Darunter versteht man den schnellen Bau eines Modells. Das hat gegenüber 3D-Modellen am Computer den Vorteil, dass man durch das haptische Erlebnis ein Gefühl für das Produkt bekommt und Fehler und Schwächen frühzeitig erkannt und behoben werden können.
Neben der Erstellung von Prototypen lassen sich mit diesem Verfahren sehr einfach und kostengünstig Kleinserien und Ersatzteile herstellen. Das spielt vor allem in Branchen wie der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizin eine entscheidende Rolle und wird zunehmend für den deutschen Mittelstand immer wichtiger, um langfristig am internationalen Markt konkurrenzfähig zu bleiben. Mit selektivem Lasersintern können in der Medizin beispielsweise maßgefertigte Prothesen oder Implantate angefertigt werden.
Welche Vorteile bietet dieses Verfahren?
Das selektive Lasersintern bietet viele Vorteile:
- Bauteile können im Gegensatz zu anderen Verfahren in sehr kurzer Zeit angefertigt werden.
- Die Werkstücke lassen sich schon während des Entwicklungsprozesses auf ihre Passform überprüfen und gegebenenfalls anpassen. Fehlerquellen lassen sich dadurch schnell entdecken.
- Es besteht beinahe unbegrenzte Freiheit im Design der Werkstücke.
- Das Verfahren ist ressourcenschonend und aus diesem Grund umweltfreundlich und kosteneffizient.
- Auch innenliegende Teile eines Werkstücks sind mit Lasersintern druckbar.
Welche Materialien kommen beim selektiven Lasersintern zum Einsatz?
Je nach Bereich, in dem das Werkstück in weiterer Folge zum Einsatz kommen soll, werden Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet. Dabei spielen Faktoren wie Flexibilität, Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Feuerschutz und Chemikalienbeständigkeit eine wichtige Rolle bei der Auswahl.
Für den Einsatz in der Medizin sowie in der Raum- und Luftfahrt kommt sehr oft das Hochleistungspolymer „Peek“ zum Einsatz, weil es hohen Temperaturen bis zu 260 Grad Celsius standhält. In der Automobilproduktion wird dagegen meistens „PA6“ verwendet, weil es bis zu 120 Grad Celsius formstabil und vor allem chemisch beständig gegen Benzin und Öl ist. Im medizintechnischen Bereich wird bevorzugt mit PA12 gearbeitet, um Prothesen herzustellen. Das Material besitzt eine hohe Detailtreue und kann noch dazu in vielfältiger Weise nachbehandelt werden, was gerade bei dieser Art von Produkten ein entscheidender Vorteil ist.
