Selektives Lasersintern (SLS)

Funktionsfähige Kunststoff-Produkte direkt aus 3D-Daten verwirklichen.

Selektives Lasersintern, abgekürzt SLS, ist das am häufigsten eingesetzte, industriell additive Schichtbauverfahren.

Ausgangsmaterialien sind verschiedene Kunststoffe in Pulverform. Je nach Einsatzbereich des gefertigten Bauteils wird aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften gewählt. Mit Hilfe eines oder mehrerer Laser werden aus diesen Pulvern funktionale dreidimensionale Gegenstände gedruckt.

Der Laserstrahl verschmilzt präzise die einzelnen getroffenen Partikel. Die Bauplattform wird dann um eine Schichtstärke abgesenkt und wieder mit Pulver befüllt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis der vollständige Gegenstand gedruckt ist. Durch den Druck im Pulverbettverfahren müssen trotz komplizierter Geometrien keine Stützelemente mitgefertigt werden.

Auf Wunsch können die Bauteile weiter oberflächenveredelt werden, z.B. durch Glätten, Strahlen, farbliche Infiltrierung, Lackieren oder Beschichtung.

Lasersintern – unsere Leistungen

FKM Sintertechnik bietet ein breites Leistungsspektrum rund um additive Fertigungsverfahren an. Teil des Rapid Prototyping, das vor allem in der Entwicklung neuer Bauteile eine große Rolle spielt, ist das Lasersinter-Verfahren. Daneben bieten wir auch das Laserschmelzen (SLM: selective laser melting) für metallische Bauteile an und führen verschiedene Oberflächenveredelungen durch. Auch 3D Kontrollscans gehören zu unserem Leistungsportfolio. Vor Ort in unseren Produktionseinheiten und Prüfzentren führen wir von der CAD-Erstellung des Projekts über das Sintern bis zur Kontrolle des fertigen Werkstücks alle Arbeitsschritte durch. Dabei stehen uns hauseigen die modernsten Lasersinter-Maschinen zur Verfügung. Wir investieren kontinuierlich in weitere Produktionsanlagen und optimieren unsere Arbeitsprozesse, so dass wir unseren Kunden immer die besten Ergebnisse liefern.

Was ist Lasersintern?

Lasersintern ist ein Verfahren innerhalb der Additiven Fertigung und des Rapid Prototyping. Hier werden Bauteile aus verschiedenen Kunststoffen in kürzester Zeit angefertigt. Einer der Vorteile ist, dass bereits entwicklungsbegleitend neue Formen, Bauteile und Werkzeuge angefertigt werden können. So lassen sich bereits ab dem ersten gedruckten Objekt Fehlerquellen erkennen und die Werkstücke können direkt auf ihre Passform geprüft und gegebenenfalls entsprechend angepasst werden. Ressourcenschonend sowie zeit- und kosteneffizient werden mit Hilfe von anpassbaren CAD-Daten optimierte Präzisionswerkstücke gefertigt. Ein weiterer Vorteil des Selektiven Lasersinterns ist, dass beinahe unbegrenzte Designfreiheit besteht. Ideen, so komplex und filigran sie in ihrer Geometrie auch sind, können realisiert werden. Auch innenliegende bewegliche Teile oder Hohlräume wie strukturnahe Kühlkanäle sind dank des SLS ohne Nahtstellen realisierbar. Insbesondere der erheblich reduzierte zeitliche Aufwand ist ein großer Pluspunkt des Lasersinterns, aber auch der Faktor Produktionskosten. Kosten werden hier entsprechend des gebauten Volumens berechnet. Filigrane Formen mit Hohlräumen sind beim SLS also kostengünstiger als kompaktere Bauteile und steht dadurch im Gegensatz zu konventionellen Herstellungsmethoden, bei denen die Kosten häufig mit der Komplexität steigen. Ein weiterer Vorteil des SLS ist, dass übriggebliebenes, also nicht gesintertes Pulver eines Produktionsprozesse für ein nächstes Projekt verwendet werden kann. So minimiert sich der entstehende Materialabfall und dadurch die anfallenden Materialkosten.

Lasersintern: Der Prozess

Beim Lasersinterverfahren wird das ausgewählte Kunststoffpulver auf eine Bauplattform in sehr dünner Schichtstärke aufgetragen. Anschließend wird das Pulver punktgenau und bedarfsgerecht durch einen Laserstrahl entlang der vorher per CAD-Programm festgelegten Strukturen verschmolzen. Die Plattform wird herabgesenkt und es wird eine neue Schicht Pulver aufgetragen. So entsteht Schicht für Schicht das gesamte Objekt. Das Pulver, das nicht verschmolzen wird, dient gleichzeitig der Stabilisierung des Werkobjekts. Das nicht verschmolzene Pulver kann im Anschluss für weitere Projekte verwendet werden. Somit wird der Verschleiß von Materialien enorm reduziert. Dies spiegelt sich auch in geringeren Produktionskosten wider. Im Gegensatz zum Prototyping-Verfahren des Selektiven Laserschmelzen kommen beim Lasersintern keine Metalle, sondern ausschließlich Polyamide, Polymere und Elastomere zum Einsatz. FKM Sintertechnik hat eine ständige Auswahl von zehn Kunststoffen im Angebot, die im nachfolgenden Kapitel vorgestellt werden.

Permanent verfügbare Kunststoffe für das Selektive Lasersintern

FKM Sintertechnik verfügt permanent über zehn verschiedene Kunststoffe für das SLS-Verfahren. Je nach Einsatzzweck des fertigen Bauteils und den damit verbundenen notwendigen Materialeigenschaften wie Festigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Flexibilität, gute Wärmeleitfähigkeit, Schutz vor Flammen und weitere.

Die bei uns verwendeten Kunststoffmaterialien sind:

• PA 12 natur/weiß/grau: Das hochfeste Kunststoff ist chemikalienbeständig, langzeitstabil, besitzt gute Detailtreue und kann in vielfältiger Weise nachbehandelt werden. Dank der Biokompatibilität ist das Material im medizintechnischen Bereich der Prothetik eine gute Wahl.
• PA 11 natur/schwarz: Dieses Material ist aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt und zeichnet sich durch extreme Flexibilität sowie hervorragende Beständigkeit gegenüber Chemikalien aus.
• PA 12 mit Glas: Dieses glaskugelgefüllte Polyamid-12-Pulver ist sehr steif bei gleichzeitig guter Bruchdehnung und hoher thermischer Belastbarkeit.
• PA 12 mit Flammschutz: Polyamid 12 ist zusätzlich mit einem chemischen Flammschutzmittel versehen und eignet sich typischerweise in der Luftfahrt und in der Elektrotechnik.
• PA 6: Das Material ist bis 120°C formstabil, ermüdungsresistent und chemisch gegen Benzin, Öl und Fette beständig und daher besonders in der Automobilproduktion anwendbar.
• PA 12 mit Aluminium: Polyamid-12-Pulver ist aluminiumgefüllt, das Bauteil hat daher ein metallisches Aussehen.
• TPU: Dieses thermoplastische Elastomer auf Urethanbasis ist stark mechanisch belastbar, elastisch und abriebbeständig.
• PEEK: Dieses high performance Material ist chemikalienresistent, verschleißbeständig und hitzefest. Die lasergesinterten Bauteile erreichen Zugfestigkeiten von bis zu 90 MPa und ein E-Modul von 4400 MPa. Dauerhaft können Objekte aus PEEK HP3 bei Temperaturen bis 180 °C mechanisch-dynamisch, bis 240 °C mechanisch-statisch und bis 260 °C elektrisch eingesetzt werden. Damit ist PEEK prädestiniert für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt sowie im Motorsport.

Selektives Lasersintern Anwendungsgebiete

Vorrangig wird das SLS-Verfahren im Rahmen des professionellen Rapid Prototyping angewendet. Doch auch beim Anfertigen von Kleinserien und Ersatzteilen spielt das Selektive Lasersintern eine zunehmende Rolle. Branchen, die mit SLS gefertigten Bauteilen arbeiten, sind unter anderem die Bereiche Medizin, Automobilindustrie, Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt. Gerade in der Medizin sind die Vorteile des SLS sichtbar, denn es können patientenspezifische Implantate oder Prothesen angefertigt werden. Aber auch in den anderen genannten Branchen hat das SLS z.B. den entscheidenden Vorteil, komplexe Bauteile in Leichtbaukonstruktion projektspezifisch anzufertigen.

Hintergrund und Geschichte des SLS

Das Selektive Lasersintern wurde bereits in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts vom Studenten Carl R. Deckard an der University of Texas entwickelt. Nach einigen Entwicklungsjahren meldete Deckard gemeinsam mit Dr. Joe Beaman, der ihn bei seiner Arbeit unterstützte, 1986 das Patent an. Marktreif wurde das Lasersintern allerdings erst ab Mitte der 1990er. Seitdem wird dieses Verfahren immer weiter optimiert, effizienter gestaltet und vor allem immer präziser. Nach und nach gelangt das SLS-Verfahren auch in nicht-industrielle Bereiche wie den Modellbau oder die Medizintechnik, wo individualisierte Werkstücke und patientenspezifische Teile benötigt werden.