Lasersintern
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Selektives Lasersintern (SLS) ist ein Verfahren, um räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen.
Es ist ein generatives Schichtbauverfahren. Ohne Werkzeuge können beliebige dreidimensionale Geometrien mit Hinterschneidungen erzeugt werden. Durch den hohen maschinellen Aufwand und insbesondere die langen Prozesszeiten (die im Bereich von Stunden, bei großen Teilen mit hohen Genauigkeitsanforderungen auch von Tagen liegen können) werden die Verfahren besonders zum Fertigen von Prototypen und kleinen Stückzahlen komplizierter Teile verwendet. Der Trend geht allerdings dahin, die Technologie auch als Rapid Manufacturing Technologie zur schnellen Erzeugung von Werkzeugen und von Funktionsbauteilen zu nutzen. Dafür wurde in letzter Zeit der Begriff e-Manufacturing geprägt.
Je nach Verfahren werden die gesinterten Teile als Funktionsteil, als Werkzeug (z. B. Spritzgussform oder Sandgussform) oder als Anschauungsmodell verwendet.
Grundvoraussetzung ist, dass die 3D-Geometriedaten des Produktes vorliegen. Bei der Herstellung von Gießformen muss zuerst aus den Geometriedaten ein Gussmodell hergestellt werden, dass u.a. das Schwinden des abkühlenden Metalles und andere gießereitechnische Anforderungen berücksichtigt. Aus den vorliegenden CAD-Daten des Bauteils (üblicherweise im STL-Format) erzeugt man durch sog. „Slicen“ zahlreiche Schichten.
Meist kommt als Laser ein CO2-Laser, ein Nd:YAG-Laser oder ein Faserlaser zum Einsatz. Der pulverförmige Werkstoff ist beispielsweise Polyamid 12 und andere Kunststoffe, kunststoffbeschichteter Formsand, Metall- oder Keramikpulver.
Das Pulver wird auf eine Bauplattform mit Hilfe einer Rakel vollflächig in einer Dicke von 0,001-0,2mm aufgebracht. Die Schichten werden durch eine Ansteuerung des Laserstrahles entsprechend der geslicten Kontur des Bauteils schrittweise in dem Pulverbett gesintert oder geschmolzen. Die Bauplattform wird nun geringfügig abgesenkt. Das neue Pulver wird entweder direkt aus einer gefüllten Rakel oder durch Anheben einer Pulverplattform zur Verfügung gestellt. Anschließend wird mit der Rakel eine neue Schicht Pulver aufgezogen. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikale Richtung, dadurch ist es möglich, auch hinterschnittene Konturen zu erzeugen. Die Energie, die vom Laser zugeführt wird, wird vom Pulver absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern oder Verschmelzen von Partikeln unter Reduktion der Gesamtoberfläche (Sintern).
Es werden verschiedene Verfahrensvarianten unterschieden. Bei der klassischen Variante werden die Pulverkörner nur partiell aufgeschmolzen, es findet quasi ein Flüssigphasensinterprozess statt. Diese Variante findet Anwendung beim Sintern von Kunststoff und teilweise beim Sintern von Metall mit Spezialsinterpulver.
Möglich ist auch die direkte Verwendung metallischer Pulver ohne Zusatz eines Binders. Die Metallpulver werden dabei vollständig aufgeschmolzen. Dafür werden in der Regel cw-Laser eingesetzt. Diese Verfahrensvariante wird auch als Selektives Lasermelting (SLM) bezeichnet.
Eine Sonderform zur Erzeugung von Mikrostrukturen stellt das Lasermikrosintern dar. Hierbei wird ein gütegeschalteter Nd:YAG-Laser mit kurzen Pulsen verwendet. Das Verfahren findet in einer Vakuumkammer statt, wodurch auch Nanopulver verarbeitet werden können. Eine konstruktive Besonderheit sind die patentierten Ringrakel, mit deren Hilfe auch sehr dünne Schichten präzise aufgezogen werden können. Durch die Verwendung mehrerer Ringrakel können Wechsel- und Gradientenschichten erzeugt werden. Die Auflösung des Verfahrens ist besser als 30µm. Seit 2005 ist mit dem Verfahren auch die Verarbeitung keramischer Pulver in hoher Qualität möglich.
