Insight

Selektives Lasersintern

Die Meister-Klasse in Produktdesign und -entwicklung


 

Insight: Selektives Lasersintern - voll funktionsfähige Teile mit SLS

03.07.2020

Hallo und herzlich willkommen zu dieser Ausgabe von Insight! 

Diese Woche sprechen wir über ein äußerst nützliches Verfahren für das Rapid Prototyping und die Fertigung von Kunststoffteilen in kleinen Serien. 

Es handelt sich um ein 3D-Druckverfahren, das als selektives Lasersintern oder SLS bezeichnet wird.

Beim Sintern werden Metall-, Keramik- oder Polymerpartikel unter Wärmeeinwirkung und/oder Druck zu einem festen Werkstück verdichtet.

Der Prozess ist nicht neu, die Natur verdichtet schon seit grauer Vorzeit Sedimentmaterial zu Schiefer und Quarzit. Aber während die Natur Millionen Jahre Zeit hat, sind Ihre Lieferfristen für Prototypen oder Teile bestimmt etwas knapper.

Doch zum Glück können Sie nun mit SLS Prototypen oder Teile in weniger als 7 Tagen erstellen.

Anders als die Natur arbeitet SLS mit einem computergesteuerten CO2-Laser, der ein CAD-Modell scheibenweise in ein Metallpulverbett „zeichnet“. So werden feine Materialpartikel schichtweise miteinander verschmolzen.

Das Tolle daran ist, dass keine Stützkonstruktionen benötigt werden und vollständig funktionsfähige Teile entstehen. Dies ist das einzige 3D-Druckverfahren, mit dem haltbare aktive Scharniergelenke und Baugruppen für Schnappmontage hergestellt werden können.

Damit ist es erstklassig geeignet für Prototypen von Produkten, die vielleicht spritzgegossen werden sollen, oder selbst als Alternative zum Spritzguss für kleine Serien.

Jedoch ist es nicht die Lösung aller Probleme, und es gibt auch Einschränkungen. Zunächst können SLS-Teile nur aus Nylon gefertigt werden. Aber Nylon ist ein recht vielseitiges Polymer mit einem breiten Anwendungsbereich.

Welches Nylonmaterial genau zu wählen ist, hängt von der Funktion des Teils ab. 

Betrachten wir ein Beispiel. PA 850 Black ist ähnlich wie unverstärktes Nylon 11 ein stabiler Biokunststoff, der sich großartig für Teile mit aktiven Scharniergelenken wie zum Beispiel Deckel an Tablettendosen eignet. Der Werkstoff weist einen der höchsten Bruchdehnungswerte unter den Polyamiden auf.

Dass er schwarz ist, haben Sie sich wohl gedacht, aber er liefert auch eine glatte Oberfläche und gute Detailgenauigkeit und ist sehr beständig gegen Chemikalien und Wasseraufnahme. Dadurch ist er ideal für ganz unterschiedliche Produkte wie Kraftstoffleitungen, Katheter, Tennisschuhe und elektrische Verbinder.

Natürlich gibt es noch viele weitere Nylon-Werkstoffe, deren Eigenschaften ich hier nicht alle aufzählen möchte, aber Ihr Fertigungspartner kann Ihnen bestimmt helfen, das jeweils richtige Material auszuwählen.

Und gutes Teiledesign umfasst weit mehr als die Wahl des richtigen Werkstoffs. Um Teile hoher Qualität zu erhalten, müssen wir auch die Krümmungs- und Verformungsneigung im Fertigteil reduzieren.

Dafür ist größtenteils der Hersteller verantwortlich, fragen Sie ihn also danach, wie er dies erzielen wird. Eine Möglichkeit ist, die Teile in der Baukammer leicht schräg zu stellen. Dies kann zu einem gewissen Treppeneffekt und einer leicht rauen Oberfläche führen; darüber sprechen wir demnächst.

Viele der Designregeln für das Spritzgießen gelten auch für SLS. Somit eignet sich das Verfahren gut für Prototypen von Produkten, die spritzgegossen werden sollen. 

Was müssen Sie sich also überlegen, wenn Sie über Ihrem CAD-Entwurf brüten? Dinge wie Bohrungsvorsprünge, Stützstreben und das Vermeiden dicker Querschnitte sind alle wichtig. Hier eine Liste weiterer Punkte:

Runden Sie Ecken ab, wo Wände aufeinandertreffen, um die Spannung zu reduzieren.

Bemühen Sie sich um gleichmäßige Wandstärke. Wir empfehlen eine Stärke von 1,5 bis 3,8 mm, um die Krümmungs- und Verformungsneigung zu reduzieren.

Und als Maßnahme gegen Verformung können Sie auch Rippen zur Verstärkung verwenden, besonders an großen, flachen Oberflächen.

Wenn Sie Prototypen eines Teils mit umspritzten Einlegern oder Gewindeeinsätzen erstellen, können diese bei SLS in einem Nachbearbeitungsverfahren durch Heißverstemmen eingebracht werden.

Ich habe vorher erwähnt, dass sich SLS-Teile vielleicht etwas rauer anfühlen als andere 3D-Druckteile.

Darüber sollten Sie sich jedoch nicht allzu viele Gedanken machen. Das Verfahren eignet sich dennoch für die meisten funktionsfähigen Prototypen, und Ihr Fertigungspartner sollte in der Lage sein, durch Perlstrahlen eine glatte, matte Oberfläche zu erzielen.

Was ist sonst noch wichtig? Sehr kleine Schrift kann problematisch sein. Die Mindestmerkmalgröße bei SLS beträgt 1 mm. In sehr feinen Schriftzeichen kann Pulver hängen bleiben, was die Lesbarkeit beeinträchtigt. Durch eingelassene Beschriftung werden bessere Ergebnisse erzielt, aber auch hier gilt eine Mindestmerkmalgröße von 0,5 mm.

Und schließlich ist SLS etwas weniger präzise als andere Lasersinter-Verfahren wie direktes Metall-Lasersintern. Ein Plus bei SLS ist jedoch der große Bauraum von 700 x 380 x 580 mm, neben dem der Metall-Bauraum kümmerlich wirkt.

Wie andere Verfahren hat auch dieses seinen Platz und ist für manche Produkte oder Prototypen bestimmt die beste Option. Es empfiehlt sich immer, einen Anbieter zu suchen, der eine Auswahl an 3D-Druck- und anderen Verfahren anbietet, damit Sie dasjenige wählen können, das Ihren Anforderungen am besten entspricht.

Alles klar, das war‘s für diese Woche. Ich freue mich, Sie nächsten Freitag wiederzusehen.


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