Eine neue Dimension des Rapid Prototypings – Mikrosintern mit Laser

Formauflösung des selektiven Lasersinterns (SLS) deutlich verbessert

Durch innovative Weiterentwicklungen der Prozessführung und unter erstmaliger Ausnutzung spezieller Lasereffekte ist es der 3D-Micromac AG und weiteren Firmen und wissenschaftlichen Einrichtungen innerhalb eines Forschungsverbundes gelungen, die Formauflösung des selektiven Lasersinterns von gegenwärtig > 150 µm auf < 30 µm zu verbessern. Das selektive Lasersintern (SLS) ist ein häufig angewandtes Verfahren im Rapid Prototyping und Rapid Tooling. Muster bzw. Prototypen werden in einem einzigen Prozess direkt aus 3D-CAD Daten schichtweise generiert. Zu diesem Zweck erfolgt eine Beschreibung des CAD-Körpers aus zusammengesetzten übereinander liegende Schichten. Aus den bereitgestellten Datensätzen wird das Bauteil in einer SLS-Anlage durch Sintern sequenziell aufgetragener Pulverschichten generiert. Hierbei wird ein Laserstrahl über das Pulverbett bzw. die Pulverschichten entsprechend den Querschnittsflächen des Körpers geführt. Im Allgemeinen begrenzt der Stahldurchmesser des Laserstrahles, die Dicke der Pulverschichten und die maximale Korngröße die erreichbare Auflösung der gesinterten Bauteile. Die derzeitig kommerziell angebotenen Anlagen zum SLS arbeiteten mit Schichtdicken zwischen 20 – 100 µm. Bei Strahldurchmessern zwischen 20 – 500 µm konnte bislang eine Formauflösung von 150 µm nicht unterschritten werden. Klassische spanabhebende oder fräsende Verfahren erreichen jedoch ein höheres Auflösungsvermögen (ca. 20 µm), weshalb in den letzten Jahren Anstrengungen zur Verbesserung der Strukturauslösung beim SLS stattfanden. Mit der im Forschungsverbund neu entwicklten Methode werden aus sub-µm-körnigen Metallpulvern Präzisionsteile mit Aspektverhältnissen > 1:10 und Oberflächenrauheiten Ra bis 1,5 µm hergestellt. Eine angepasste Rakelmethode erlaubt den Auftrag glatter Pulverschichten. Das Material wird mit gütegeschalteten Laserpulsen bearbeitet. Mit diesem im Vakuum stattfindenden Verfahren können sowohl Pulver refraktärer Metalle als auch niedriger schmelzender Metalle (Kupfer, Aluminium etc.) gesintert werden. Außerdem sind Mischstoffe möglich, die sonst nur schwer oder gar nicht herstellbar wären (z.B. Metall-Keramik-Mischungen).

Die Vorzüge des neuen Verfahrens „Mikrosintern“ sind zum einen der hohe Freiheitsgrad in der Formgebung (z.B. innenliegende Kanäle, Hinterschnitte) und die relativ niedrigen Produktionskosten der Werkstücke verglichen mit höher auflösenden RP-Verfahren. Innerhalb kürzester Zeit können Design-, Funktionsstudien oder Einbauuntersuchungen durchgeführt werden, wodurch sich Produktentwicklungszyklen stark verkürzen.

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