Konstruktionsempfehlungen

Kunststoff

Selektives Lasersintern oder Selective Laser Sintering (SLS)

Die Produkte entstehen durch das schichtweise lokale Verschmelzen mit selektiver Laserstrahlung von pulverförmigen Schichten aus eigens für dieses Verfahren entwickelten Werkstoffen mit unterschiedlichsten Eigenschaften.
Optional oberflächenveredelt durch Glätten, farbliche Infiltrierung oder Beschichtung. Bis zu 660 x 360 x 550 mm große Kunststoffbauteile werden in einem Arbeitsgang in einem Stück gefertigt. Durch Addition einzelner Elemente können beliebig große Baugruppen hergestellt werden

Generell ist im Kunststoff-Lasersintern jede Kontur herstellbar. Hinterschnitte oder Filmscharniere stellen kein Problem dar. Ein sehr gutes Beispiel ist eine aus einem Stück lasergesinterte Trillerpfeife mit der Kugel im Inneren.
Gewinde ab einer Größe von M10 sind, sofern sie in der Z-Richtung aufgebaut werden, herstellbar.
Dies gilt für Innen- und Außengewinde.
Filmscharniere und ineinanderlaufende Teile sind auch herstellbar. Sprechen Sie diese Anwendungsbeispiele mit uns durch. Wir beraten sie hierzu gerne.
Wenn Bauteile zu groß für unseren Bauraum sind, werden die CAD Daten von uns geschnitten und die Bauteile nach dem Bauprozess von uns verklebt. Die Klebenaht kann mit Glasfasermatten verstärkt werden.
Wir fertigen generell in einer Schichtstärke von 0,1 bzw. 0,15 mm. Die minimale Wandstärke beträgt in Z
ca. 0,5 mm, bei senkrechten Flächen ca. 0,7-0,8 mm.

Materialvielfalt: 10 Kunststoffe

Welche materialbedingten Anwendervorteile sind gefordert? Zugfestigkeit, Bruchsicherheit, Temperaturbeständigkeit, Biegeflexibilität und Leichtigkeit? FKM hält für jeden Anspruch den passenden Werkstoff bereit, darunter das Hightech-Polymer PEEK HP3:

  • PA 12 weiß
  • PA 12 natur
  • PA 12 grau
  • PA 12 GF
  • PA 11
  • PA 6
  • Alumide®
  • PA Flame Resistant
  • TPU 92A
  • PEEK HP3

Bereits vor der Verarbeitung sichern regelmäßige Materialprüfungen unseren Qualitätsanspruch an jedes gefertigte Bauteil.

Stufen im Bauteil

Wenn eine Bauebene mit einem Winkel von
unter 20° zur X/Y-Ebene ausgerichtet ist, sind auf
der Oberfläche eindeutige Schichten zu erkennen.
Je steiler der Winkel, desto feiner die Stufen.

Lose Verbindungen

0,1 mm Abstand für lose Verbindungen.
Ohne Spalt zwischen einem männlichen und
weiblichen Bauteil entsteht eine Presspassung.

Pulverentfernung

Restpulver sollte entfernbar sein. Dies ist bei langen und dünnen Rohren sowie bei Teilen mit komplexen inneren Strukturen schwierig. Je einfacher das Pulver entfernt werden kann, desto kürzer ist die Nachbearbeitungszeit.

Toleranzen

Die Toleranzen sind abhängig vom verwendeten Material und der Bauteilgeometrie.
In den meisten Fällen kann von diesen Werten ausgegangen werden:

  • 0 – 30 mm: +/-0,2 mm
  • Ab 30 – 100 mm: +/-0, 3mm
  • Ab 100 mm: +/- 0,3 % des Nennmaßes

Geometrieabhängiger Verzug ist möglich, da es sich beim Lasersintern um ein thermisches Fertigungsverfahren handelt.

Kosten

Die Kosten sind von der Bauhöhe (Z-Richtung) abhängig. (Maschinenstunden und Pulververbrauch)

Reduktion des Bauvolumens

  • Integrierte Konstruktion
  • Leichtbau Konstruktion
  • Kraftflussoptimierte Konstruktion

Verkleinerung der Bauhöhe:

  • Bauteile mit möglichst geringer Höhe
  • konstruieren
  • Stapeln

Metall

Selektives Laserschmelzen oder Selective Laser Melting (SLM)

Die Produkte entstehen durch das schichtweise lokale Verschmelzen mit selektiver Laserstrahlung von pulverförmigen Schichten aus schweißbaren Metallen aus nahezu allen Anwendungsbereichen. Durch die hohe Dichte der Bauteile ist eine mechanische Nachbearbeitung oder sogar Polieren bis in den Hochglanzbereich möglich.

Bis zu 250 x 250 x 310 mm bzw. 400 x 800 x 500 mm (Aluminium) große Metallelemente können in einem Arbeitsgang gefertigt werden.
Aus Gründen der Kostenoptimierung können beim Laserschmelzen massive Bauteile je nach Geometrie auf Wandstärke (ausgehöhlt) gebaut werden.
Die Mindestwandstärke beträgt 0,5 mm bei Aluminium und DirectMetal. Bei den Materialien Edelstahl, Inconel und Werzeugstahl hingegen nur min. 0,25 mm. Je nach Komplexität der Bauteile kann die Mindestwandstärke auch steigen. Maß- und Formtoleranzen sind geometrieabhängig. In den meisten Fällen kann man von +/- 1 % Abweichung ausgehen. Passmaße und Gewinde sollten in jedem Fall
durch eine spanende Endbearbeitung hergestellt werden.
Genau wie im Kunststoffbereich warten wir auch hier mit einer großen Materialpalette auf.

Diese besteht aus folgenden Werkstoffen:

  • Aluminium AlSi10Mg
  • Werkzeugstahl 1.2709
  • Inconel 718
  • Edelstahl 1.4404 oder 1.4542
  • DirectMetal20 (Bronzelegierung)
  • Titan Ti6Al4V
  • CoCrW-Legierung (Dentalbereich)

Supportfreier Aufbau

Im Metallbereich muss jedes Bauteil auf der Grundplatte fixiert sein. Diese Fixierung wird auch als Support bezeichnet und dient sowohl der Wärmeableitung als auch der mechanischen Stabilisierung. Des Weiteren wird Stützgeometrie an Stellen benötigt, an denen eine Kontur nicht auf einer vorherigen Kontur (also ins lose Pulverbett) aufgeschmolzen wird oder der zu belichtende Bereich sehr stark (>45° oder Radius >3mm) von der vorherigen Schicht abweicht. Die Supportstruktur ist in den meisten
Fällen eine wabenförmige Struktur mit kleinstmöglicher Wandstärke die sich im äußeren Bauteilbereich leicht von Hand entfernen lässt. Wie unterschiedlich sich ein Bauteil in diesem Prozess aufbauen lässt und welche Auswirkungen die Aufbaurichtung haben kann, zeigen die Anschauungsbilder.

Günstige Baulage

Ungünstige Baulage

Das Bauteil (grün markiert) wurde einmal für den Prozess optimal ausgerichtet (linke Darstellung) und einmal prozessungünstig (rechte Darstellung, gedreht um 90°). „Grau“ markiert den benötigten Support.

Hybridbauweise

Bei der Verwendung der Hybridbauweise wird das zu fertigende Teil in einen Unterbau (Hybridteil) und das eigentliche SLM-Teil zerlegt.
Für Werkzeugstahl 1.2709 eignen sich die nachfolgend aufgelisteten Werkstoffe als Grundmaterial für den Unterbau (Hybridteil):

  • 1.1730 nicht vergüten oder härten !
  • 1.2311 nicht vergüten oder härten !
  • 1.2312 nicht vergüten oder härten !
  • 1.2343 Härten und 3x anlassen
  • 1.2709 Auslagern nach dem Laserschmelzen

Sollen davon abweichend andere Materialien als Unterbau verwendet werden, kann es zu Spannungs-rissen bzw. Ablösung des SLM-Teils vom Hybridteil kommen. Die Verwendung solcher Materialien bedarf einer vorherigen technischen Klärung durch FKM.

FKM empfiehlt, den Werkstoff 1.2343 oder 1.2709 zu verwenden.