Selektives Lasersintern
Komplexe Modelle aus Kunststoff – schnell und günstig gefertigt
maximale Bauteilgröße ca. 290 x 330 x 580 mm
Schichtstärke ab 0,1 mm
minimale Wandstärke 0,6 mm
Mindesttoleranz +/- 0,3 mm
Allgemeine Toleranz +/- 0,3%
Selektives Lasersintern bei Dick & Dick
Das Selektive Lasersintern – oder kurz SLS – ist seit Jahren der Industriestandard, wenn es um die Fertigung von langlebigen und robusten Kunststoffbauteilen geht.
Das Verfahren bietet die passende Qualität und den nötigen Durchsatz bei der Fertigung von Prototypen und dem Rapid Manufacturing.
Sie profitieren bei der Wahl dieses 3D Druck Verfahrens von unserer langjährigen Erfahrung mit dieser Technologie. Dabei unterstützen wir Sie gern bei der Konzeption, Planung und Fertigung Ihrer Druckteile.
Zum Einsatz kommen bei uns modernste Anlagen der EOS GmbH, einem der führenden Hersteller von 3D-Druckern für die additive Fertigung im Bereich Selektives Lasersintern.
Zusätzlich können Sie aus einer Vielzahl an Möglichkeiten für die Nachbehandlung Ihrer gesinterten 3D-Drucke wählen, sei es in dem Bereich der Farbgebung oder der Oberflächenbehandlung.
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Faire Fertigungspreise
Technischer Hintergrund
Beim Selektiven Lasersintern, etabliert hat sich die Abkürzung SLS, werden 3D Drucke aus einem sehr feinkörnigen Grundmaterial generiert. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Polyamidwerkstoffe.
Vor dem Fertigungsprozess werden die Bauteile mittels einer Software optimal im Bauraum ausgerichtet und dieses Arrangement anschließend in einzelne Schichten entsprechend der Z-Auflösung (Schichtaufbaustärke) der Anlagen abgespeichert und übertragen.
Der Bauraum der Maschinen wird während des Bauprozesses stark aufgeheizt. Die Temperatur liegt dabei ca. 10 Grad unterhalb der Schmelztemperatur des verwendeten Materials. Mittels eines Rakels bzw. einer Dosierrolle wird kontinuierlich eine dünne Schicht Pulver aufgetragen. Wir arbeiten auf unseren Anlagen mit Schichtstärken von 0,1 und 0,12 mm. Nach dem Auftrag dieser losen Schicht Pulver gibt es eine kurze Aufheizphase. Anschließend schmilzt ein Laserstrahl selektiv die zu belichtenden Bereiche des Bauteils. Der Hotspot des Lasers beträgt dabei je nach Maschine und verbautem Laser ab 0,5 mm. Dieser „fährt“ die Konturen und Füllungen der Bauteilschicht zeilenweise ab.
Nach Abschluss dieses Einzelprozesses senkt sich die Bauplattform um die vorgegebene Schichtstärke ab und der Prozess wiederholt sich.
Dabei dient das umliegende, nicht aufgeschmolzene Kunststoff-Material als Stützmaterial. Dadurch stellen überragende Geometrien, komplexe Formen und Hohlräume kein Problem in der Fertigung dar.
Jede Belichtung einer Schicht benötigt je nach Packraumdichte ca. 30 Sekunden Fertigungszeit. Beim Beispiel einer EOS P396 mit einer Fertigungsschichtstärke von 0,12 mm dauert die Fertigung eines gefüllten Bauraums von 58 cm Höhe ca. 40 Stunden, wobei 4830 Einzelschichten belichtet werden.
Aufgrund der im Selektiven Lasersintern benötigten hohen Temperaturen muss der Baubehälter nach dem Druckprozess langsam herunterkühlen. Dieser Zeitraum entspricht ungefähr der Bauzeit des Druckjobs. Hieraus ergeben sich leider auch die größten Nachteile des Verfahrens. Bauteile am Rand des Bauraumes kühlen schneller ab als andere im Zentrum des Bauraums. Verlaufen Bauteile durch diese Abkühlzonen, kann ein Verzug des Bauteils nicht immer vermieden werden.
Nach dem Auskühlen werden die Bauteile entnommen und mittels Glasperlstrahlen gereinigt. Wichtig ist hierbei, dass sich in den Bauteilen befindliches Pulver innerhalb gewünschter Hohlräume über Öffnungen entfernen lässt. Die Bauteile können nun verwendet werden. Auf Wunsch bieten wir zusätzlich eine Reihe von Nachbearbeitungsoptionen an.
Dieses Verfahren können Sie auch direkt über unser
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Vorteile Selektives Lasersintern
- Konstruktionsfreiheit da keine Stützstrukturen nötig
- Formfreiheit für komplexe und filigrane Geometrien
- Kurze Fertigungszeiten
- Funktionale Werkstoffe
- Bewegliche Teile können in einem Stück gedruckt werden
- Sehr gute mechanische Eigenschaften
- Vielzahl von Veredelungsmöglichkeiten
- Kalkulierbare Kosten
- Sparsamer Materialverbrauch
- Gesamter Bauraum nutzbar
Nachteile Selektives Lasersintern
- Relativ raue Oberfläche
- Keine Transparenz oder Mehrfarbigkeit im Druck möglich
- Mittlere Detaildarstellung
- Risiko von Verzug und Wölbung bei dünnen, größeren Flächen
- Höhere Toleranzen als bei anderen Druckverfahren
- Unbehandelte Oberflächen vergilben im Laufe der Zeit
Materialien für das Selektive Lasersintern
Beim Selektiven Lasersintern mit Kunststoff ist die Verarbeitung von verschiedenen Kunststoffen in granularer Form möglich, das am häufigsten zum Einsatz kommende Druckmaterial ist aber das Polyamid 12 (PA12), auch Nylon genannt.
Auf dem Gebiet der Materialien bleibt die Entwicklung neuer Werkstoffe für das 3D-Druck-Verfahren natürlich nicht stehen und und die Palette wird stetig um neue und verbesserte Kunststoffe erweitert.
Polyamid 12
Beim Selektiven Lasersintern mit Kunststoff ist die Verarbeitung von verschiedenen Kunststoffen in granularer Form möglich. Das am meisten verarbeitete Druckmaterial ist das Polyamid 12 (PA12), auch Nylon genannt.
Gefülltes Polyamid 12
Gefülltes PA12 bietet eine höhere Festigkeit und Steifigkeit gegenüber dem ungefüllten. Wir bieten Ihnen daher zusätzlich glaskugelverstärktes Polyamid (PA3200 GF) und aluminumgefülltes Polyamid (Alumide) für Ihre Modelle und Bauteile an.
TPU
Für die Fertigung von gummiartigen, flexiblen Bauteilen bietet das thermoplastische Polyurethan, kurz TPU, mit einer Shorehärte von A90 die ideale Lösung.
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Veredelung & Finish
Bauteile und Modelle welche im Selektiven Lasersintern gefertigt wurden, können auf sehr verschiedene Weisen nachbehandelt und aufgewertet werden.
Farbgebung
Färbung
Bei der Entnahme besitzt das Polyamid 12 eine reinweiße Farbe. Die Bauteile eignen sich daher sehr gut, um in den verschiedensten Farben eingefärbt zu werden.
Unsere Standardfarben für die Einfärbung sind:
Schwarz | Blau (dunkel und hell) | Rot | Grün (dunkel und hell) | Gelb | Orange | Braun | Violett
Gern können Sie auch individuelle Farbwünsche mit uns besprechen.
Lackierung
Oberflächenbehandlung
Oberflächenverdichten
Für Bauteile und Modelle, welche im Sichtbereich verbaut oder häufig in die Hand genommen werden, empfehlen wir das Verdichten der Oberflächen.
Dieses Verfahren glättet und verdichtet die Oberfläche, sodass diese widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Einflüssen wird und erzeugt zudem einen leichten Glanz.
Ist für die Bauteile eine Färbung geplant, erzeugt das Verdichten eine verbesserte Farbwiedergabe.
Gleitschleifen
Die Oberfläche gesinterter Objekte ist nach der Entnahme leicht rau und porös, diese lässt sich durch Nachbehandlung jedoch gut glätten.
Dazu verwenden wir bei uns eine Gleitschleifanlage und verschiedene Keramik-Schleifkörper. Die Oberfläche wird geglättet und ist sehr viel weniger anfällig für Verschmutzungen.
Infiltrieren & Versiegeln
Wird für Bauteile eine Dichtheit gegenüber Wasser oder Luftdruck gefordert, infiltrieren wir die Objekte mit einer Nanoversiegelung auf Wasserbasis. Ein Versiegeln der Objekte mittels Epoxidharzen ist ebenso möglich.
Mechanische Bearbeitung
Gewindeeinsätze
Im Selektiven Lasersintern lassen sich auskonstruierte Gewinde ab einer Größe von M6 Gewinden direkt im Druckverfahren fertigen. Für kleinere Gewindegrößen ab M2 bieten wir Ihnen das Einbringen von Gewindeeinsätzen in die Bauteile an. Die Gewindeeinsätze, metrisch oder zöllig, stehen in unterschiedlichen Materialien zur Verfügung. Wir können Gewindeeinsätze aus Edelstahl, Messing oder Stahl in Bauteile einbringen.
Gewindeschneiden
Gedruckte Modelle und Bauteile aus dem selektiven Lasersintern lassen sich mechanisch sehr gut nachbearbeiten. Wir bieten Ihnen gern das Einschneiden von Gewinden in vordefinierte Kernlöcher an.
Möglich sind sowohl metrische wie auch zöllige Gewinde ab einer Größe von ca. DIN M3 bis zu einer Tiefe von 2 cm.
Zusammenbau & Montage
Große Modelle und Bauteile lassen sich oft nur mehrteilig fertigen und können von uns nach dem 3D-Druck wieder gefügt bzw. verklebt werden.
Besonders bei Messe- und Anschauungsmodellen, welche abschließend mit einer Lackierung versehen werden, ist dies ohne optische Einbußen möglich, da die Trennung durch die Lackierung kaschiert wird.
Seit über 10 Jahren machen wir Pulver zu Objekten
Wir verstehen uns als Dienstleister und unser Bestreben sind vor allem unsere zufriedenen Kunden. Unser Ziel ist es, mit unseren Kunden eine langfristige Beziehung aufzubauen und gemeinsam an unseren Projekten zu wachsen.
Anwendungsgebiete für das Selektive Lasersintern
Das selektive Lasersintern ist aufgrund seiner großen Freiheiten bei der Gestaltung der Bauteile in einer Vielzahl von Branchen und Bereichen der Industrie einsetzbar.
Anfangs wurden mittels des SLS-Verfahren zumeist Prototypen und Modelle angefertigt, um den Gestaltern und Designern noch während der Entwicklung neuer Produkte kurzfristig physische Objekte zur Begutachtung und Analyse in die Hand zu geben. Dieses Vorgehen mittels additiver Druckverfahren nennt man Rapid Prototyping.
Die funktionalen und belastbaren Prototypen beschleunigen die Produktgestaltung ungemein, da diese direkt aus den vorliegenden 3D-Daten angefertigt werden und keine zusätzlichen Werkzeuge oder Bearbeitungsschritte notwendig werden. Aufgrund der kurzen Fertigungszeiten können Konzeptfehler oder notwendige Anpassungen der Geometrie zeitnah erkannt und verbessert werden.
Obwohl das SLS-Druckverfahren so vielseitig einsetzbar ist, haben sich einige Anwendungsgebiete herausgestellt, die die Vorteile des Verfahrens besonders gut nutzen können.
Hier eine kleine Auswahl:
Medizintechnik
Aufgrund der vielen Vorteile des Verfahrens wird dieses im medizinischen Bereich immer häufiger für die Fertigung von kundenindividuellen Bauteilen in den Bereichen Prothetik und dem Apparatebau eingesetzt.
Insbesondere da das selektive Lasersintern auch bei sehr kleinen Losgrößen oder Einzelteilen wirtschaftlich arbeiten kann, lassen sich Prothesen und Orthesen anhand von Patientendaten optimal auf diesen abgestimmt erstellen. Dies kann den Tragekomfort und die Wirksamkeit gleichermaßen verbessern.
Gleiches gilt für die Fertigung individueller Operationshilfen wie z. B. Bohrschablonen, welche den notwendigen Zeitaufwand von Operationen und Eingriffen kostengünstig reduzieren können.
Maschinenbau
Das selektive Lasersintern von Sonderbauteilen sowie andere Verfahren der Additive Fertigung werden von Maschinenbauunternehmen immer häufiger bei der Fertigung von Prototypen oder Einzelteilen eingesetzt.
Insbesondere bei den kleinen Stückzahlen von kundenspezifischen Sondermaschinen bietet sich die Fertigung mittels 3D-Druck für viele Bauteile an, da somit die Kosten und Fertigungszeiten gering gehalten werden können. Ohne Werkzeuginvestitionen können die Ingenieure kostengünstig Funktionstests Ihrer Bauteile durchführen und erkennen somit bereits in der Entwicklungsphase von Anlagen oder Sondermaschinen mögliche Schwachstellen oder Verbesserungspotenzial.
Elektroindustrie
Für sensible Elektronikbauteile ist ein stabiler Schutz nötig, was Gehäuse in der Elektronikindustrie unabdingbar macht. Jedoch lohnt sich eine Fertigung im Spritzguss-Verfahren meist erst bei der Produktion von recht großen Serien.
Bei der Produktion von Prototypen oder kleinen und mittelgroßen Serien bietet sich eine Fertigung im 3D-Druck, unter anderem im selektiven Lasersintern, oft bereits aus wirtschaftlichen Gründen an. Jedoch kann das Verfahren mit weiteren Vorteilen punkten. Die hohe Designfreiheit, aber auch die Integration von Funktionen wie z. B. Kühlkanälen innerhalb des Gehäuses, ermöglichen oft auch eine bessere Kühl-Performance oder Gewichtsreduktion.
Automobilindustrie
Additive Fertigungsverfahren beschleunigen maßgeblich die Entwicklung neuer Fahrzeugmodelle und ermöglichen es großen Automobilunternehmen, die Kosten und das Gewicht bei der Herstellung komplexer Bauteile zu reduzieren.
Angefangen beim Motorsport findet der 3D-Druck immer häufiger auch Anwendung bei der Serienproduktion von Fahrzeugen und beschränkt sich dabei nicht auf Teile zur Individualisierung der Autos. Additive Fertigung wird vermehrt für die Konstruktion von leichteren, stabileren und effizienteren Bauteilen eingesetzt, wodurch oftmals die Leistung moderner Fahrzeuge verbessert werden kann.
Zunehmend werden Bauteile hergestellt, welche vorab aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt werden mussten, aufgrund der neuen Technologien aber direkt als ein Bauteil umgesetzt werden können. Somit werden Montagezeiten eingespart. Um die Arbeit in der Produktionslinie zu optimieren, werden in der Autoindustrie auch Werkzeuge und Betriebsmittel mittels additiver Verfahren angefertigt. Dies spart Zeit bei der Herstellung der Werkzeuge und sie können oft kosteneffizient in der Fabrik selbst gefertigt werden.
Luft- & Raumfahrt
Die problemlose Fertigung von komplexen Geometrien und Leichtbauweisen sind die Paradedisziplin der additiven Fertigung. Gerade in der Luft- & Raumfahrt-Industrie wird die additive Fertigung daher dankbar angenommen. Der 3D-Druck eröffnet der Branche riesiges Potenzial bei Gewichtseinsparung und Minimierung der notwendigen Bauteilanzahl.
Individualisierung in der Massenproduktion
Das Individualisieren von Produkten, die „Customization“, findet aufgrund von 3D-Druckverfahren wie dem Selektiven Lasersintern immer mehr Verbreitung am Markt. Sei es bei der Produktion von auf den Kunden angepassten Brillenmodellen, Schuhen, Prothesen und Orthesen oder einfachen Accessoires sowie Dekoartikeln.
Das Drucken mittels additiver Fertigungsverfahren macht keinen Unterschied, ob die gefertigten Produkte identisch oder individuell gestaltet sind, der Mehraufwand ist in vielen Fällen vernachlässigbar.
Umwelt
Das selektive Lasersintern bietet viele umweltschonende Vorteile.
Bauteile und Modelle können lokal gefertigt werden und müssen keine weltumspannenden Transportwege hinter sich bringen. Dies reduziert die Belastung der Umwelt durch ein Vermindertes Verkehrsaufkommen und spart Ressourcen.
Die Fertigung ist sehr rohstoffeffizient, da kaum Materialverlust bei der Fertigung entsteht. Bei konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen, fallen je nach Bauteil oft große Mengen an Produktionsabfällen in Form von Spänen an. Bei 3D-Druck-Verfahren wird lediglich das für das Objekt notwendige Material verarbeitet. Beim Lasersintern kann das ungenutzte Material eines Druckvorganges, ähnlich wie beim HP Multi Jet Fusion, wieder anteilig dem Produktionsprozess zugeführt werden.
Durch die große Formfreiheit des Druckverfahrens können bei der Fertigung von individuellen und komplexen Formen große Mengen an Material gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren eingespart werden. Auch die Möglichkeit komplexe Leichtbauteile anzufertigen und durch die Gewichtseinsparungen z.B. in der Automobilindustrie oder Luftfahrt, können enorme Mengen an Kraftstoff und daraus resultierend Treibhausgase eingespart werden.
Informationen zur Geschichte
Das Selektive Lasersintern hat seine Wurzeln bereits in den 80er-Jahren des letzten Jahrhunderts und wurde von Dr. Carl Deckard bereits während seines Master- und PhD-Studiums an der „University of Texas“ zusammen mit seinem Professor Dr. Joe Beaman entwickelt. Ende 1986 reichte er seine Erfindung als Patent ein und war Mitbegründer der Firma Nova Automation aus der einige Zeit später das Unternehmen Desk Top Manufacturing (DTM) hervorging.
Die erste funktionierende Lasersinter-Anlage erhielt von den Erbauern den Namen Betsy und fertigte kleine Würfel, um die Funktion des Verfahrens zu demonstrieren.
Durch DTM konnte das Verfahren kommerzialisiert werden. Die ersten kommerziellen Lasersinteranlagen wurden Anfang der 1990er Jahre hergestellt, und damit die konstante Weiterentwicklung der Technologie ermöglicht.
Kurz nach der Jahrtausendwende übernahm 3D Systems das Unternehmen DTM. 3D Systems war zum damaligen Zeitpunkt bereits in der Stereolithographie von Bauteilen etabliert und Marktführer im Bereich der additiven Fertigung.
Anfang 2014 war der Termin, an dem eines der wichtigsten Patente (US5597589), eingereicht von Dr. Deckard Ende 1994, nach 20 Jahren ausgelaufen ist. Dies ermöglichte es vielen Herstellern von 3D-Druckern neue Lasersinteranlagen auf Basis dieses Verfahrens zu entwickeln.