Selektives Laserschmelzen (SLM) ist ein additives Fertigungsverfahren, das zum Erstellen dreidimensionaler Objekte aus Metallpulvern verwendet wird. Es gehört zu den wichtigsten Verfahren im Bereich des Metall-3D-Drucks und ermöglicht die Herstellung von hochpräzisen und komplexen Bauteilen mit herausragenden mechanischen Eigenschaften.

Funktionsweise von SLM:

Bei SLM wird ein Metallpulverbett schichtweise mit einem hochenergetischen Laserstrahl bearbeitet. Der Laser schmilzt das Pulver lokal auf, wobei die geschmolzene Zone durch die nachfolgende Schicht abgekühlt und verfestigt wird. Dieser Prozess wiederholt sich Schicht für Schicht, bis das gesamte 3D-Objekt aufgebaut ist. Die präzise Steuerung des Laserstrahls, typischerweise mittels einer galvanometrischen Ablenkeinheit, ermöglicht die Erstellung komplexer Geometrien mit hoher Detailgenauigkeit. Die Prozessparameter wie Laserleistung, Scan-Geschwindigkeit, Schichthöhe, Hatching (Überlappung der Laserbahnen) und die Wahl des geeigneten Metallpulvers werden sorgfältig optimiert, um die gewünschte Materialqualität, Bauteilfestigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und die gewünschte Mikrostruktur zu erreichen. Die Prozessüberwachung, oft mittels Kamerasystemen, spielt eine wichtige Rolle, um Prozessfehler frühzeitig zu erkennen.

Vorteile von SLM:

• Hohe Präzision und Detailgenauigkeit: SLM ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit sehr feinen Details und komplexen Geometrien, die mit traditionellen Fertigungsverfahren oft nicht realisierbar sind. Dies erlaubt die Fertigung von Bauteilen mit filigranen Strukturen und integrierten Funktionen.

• Designfreiheit: Die additive Fertigung ermöglicht die Erstellung von komplexen, organischen Formen und Strukturen, die mit subtraktiven Verfahren (z.B. Fräsen) schwer oder gar nicht zu realisieren wären. Dies eröffnet neue Möglichkeiten im Leichtbau und der Entwicklung funktionsintegrierter Bauteile.

• Funktionsintegration: Kanäle, Hohlräume und andere Funktionen können direkt in das Bauteil integriert werden, was die Funktionalität und die Effizienz verbessert und zu Gewichtsreduktionen führen kann.

• Materialvielfalt (eingeschränkt): Obwohl die Auswahl an geeigneten Metallpulvern im Vergleich zu traditionellen Verfahren begrenzt ist, wird das Spektrum an verwendbaren Materialien (z.B. Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Edelstahl, Nickelbasislegierungen) stetig erweitert.

• Zeit- und Kosteneinsparungen (für Prototypen und Kleinserien): Die additive Fertigung kann in vielen Fällen die Produktionszeit und die Kosten im Vergleich zu traditionellen Fertigungsverfahren reduzieren, insbesondere bei der Herstellung von Prototypen, Kleinserien oder kundenspezifischen Bauteilen.

Nachteile von SLM:

• Hohe Anschaffungskosten: SLM-Maschinen sind teuer in der Anschaffung und im Betrieb.

• Bauzeit: Der Bauprozess kann je nach Größe und Komplexität des Objekts lange dauern.

• Oberflächenqualität: Die Oberflächenqualität der Bauteile kann je nach Prozessparametern variieren und erfordert möglicherweise eine Nachbearbeitung (z.B. Schleifen, Polieren).

• Post-Processing: Die Bauteile müssen oft nach dem Druckprozess nachbearbeitet werden (z.B. durch Entpulvern, Wärmebehandlung oder Oberflächenveredelung), um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

• Bauteilgröße: Die maximal mögliche Bauteilgröße ist durch die Abmessungen der Maschine begrenzt.

Anwendungen von SLM:

SLM wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter:

• Luft- und Raumfahrt: Herstellung von leichten und hochfesten Bauteilen für Flugzeuge und Raumfahrzeuge.

• Medizintechnik: Herstellung von individuellen Implantaten und medizinischen Geräten mit komplexen Geometrien.

• Automobilindustrie: Herstellung von Prototypen und Kleinserien von Fahrzeugteilen mit optimierter Funktionalität.

• Werkzeugbau: Herstellung von komplexen Werkzeugen und Formen mit hoher Präzision.

Fazit:

SLM ist ein hochpräzises additives Fertigungsverfahren für die Herstellung komplexer Metallbauteile. Obwohl es Herausforderungen bezüglich der Kosten und der Nachbearbeitung gibt, eröffnet SLM neue Möglichkeiten im Design und der Fertigung, die mit traditionellen Methoden nicht erreichbar wären. Die stetige Weiterentwicklung der Technologie und der Materialien erweitert das Anwendungsspektrum stetig.