3D-Metalldruck durch direktes Metall-Lasersintern (DMLS)

Mindestgröße des Merkmals

Schichtdicke

Mindestgröße des Merkmals

Typischerweise werden bei gut konzipierten Teilen mit abgestimmter Druckrichtung Toleranzen von ±0,1 bis ±0,2 mm plus 0,005 mm/mm zusätzlich erwartet und erreicht.

Bestimmte Geometrien können aufgrund innerer Spannungen zu Verzerrungen führen, die größere Abweichungen nach sich ziehen können. 

Protolabs verwendet mehrere verschiedene 3D-Druck Systeme für die Fertigung von Metallbauteilen, die große Bauräume, präzise Fertigungstoleranzen und schnelle Produktionszeiten bieten. Die Maschinen des Types EOS M100; M280 und M290 werden für Produktion verwendet. Alle Systeme können sowohl mit nicht reaktiven als auch reaktiven Materialien (Ti6Al4V; AlSi10Mg) betrieben werden.

DMLS ist ein 3D-Druckverfahren, das mit einem computergesteuerten Hochleistungslaserstrahl Schichten aus Metallpulver miteinander verschmilzt.

Das direkte Metall Lasersintern (DMLS) ist ein industrielles 3D-Druckverfahren zur Herstellung voll funktionsfähiger Metallprototypen und Produktionsteile innerhalb von 7 Arbeitstagen oder kürzer. Aus einer Reihe von Metallen lassen sich damit fertige Teile herstellen, die für Endanwendungen geeignet sind.

Die Designempfehlungen Direktes Metall-Lasersintern für DMLS helfen Ihnen, die Möglichkeiten und Grenzen zu verstehen.

Zu den Komponenten eines DMLS-3D-Druckers gehören: Lasereinheit (1), Laserstrahl (2), Spiegel-/Galvo-Motor-System, Strahlsteuerung (3), fokussierter und gerichteter Strahl (4), Baukammer (5), produziertes Teil (6), Wiederbeschichtungsmesser (7), Pulvervorratsbehälter (8), Kolben (9) und Pulversammelbehälter (10).

Die DMLS-Maschine beginnt mit dem Aufschmelzen der einzelnen Schichten, zuerst der Stützkonstruktionen an der Grundplatte und dann des Bauteiles selbst. Dabei wird ein Laser auf ein Bett aus Metallpulver gerichtet. Nachdem eine Querschnittschicht von Pulver mikrogeschweißt wurde, senkt sich die Bauplattform ab und ein Rakel (Beschichter) bewegt sich über die Plattform, um die nächste Pulverschicht in eine inerte Prozesskammer aufzutragen. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gesamte Bauteil fertiggestellt ist.

Am Ende des Bauvorgangs werden die Teile zunächst manuell abgebürstet, um loses Pulver grob zu entfernen. Je nachdem, mit welchem Metall die Teile gebaut wurden, werden sie der entsprechenden Wärmebehandlung unterzogen, während sie weiterhin von den Stützkonstruktionen fixiert sind, um Spannungen abzubauen. Die Teile werden anschließend von der Plattform genommen, bevor die Stützkonstruktionen von den Teilen entfernt werden. Die Bauteile werden anschließend nach Bedarf perlgestrahlt und entgratet, um die Teile fertig zu bearbeiten. Die fertigen DMLS-Teile verfügen über eine Dichte von annähernd 100%.

In unserem Materialvergleich finden Sie Datenblätter zu DMLS-Materialien.

• Kann für fast alle Legierungen verwendet werden
• Mechanische Eigenschaften ähnlich wie bei Formung mit konventionellen Verfahren
• Eignet sich für Geometrien, die mit zerspanenden oder Spritzgussverfahren nicht hergestellt werden können
• Auch für die Herstellung von Einzelteilen geeignet
• Erfordert anders als das Spritzgießen keine Spezialwerkzeuge

Direktes Metall-Lasersintern eignet sich für eine Vielfalt von Anwendungen. So findet es zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtindustrie für Luftkanäle, Vorrichtungen und Halterungen Verwendung.

Der 3D-Druck mit Metall ist auch in der Medizinindustrie von Bedeutung, die komplexe Geräte und hochwertige Produkte baut. Die Kunden haben im Allgemeinen sehr spezifische Anforderungen.

DMLS kommt auch in verschiedenen anderen Bereichen zur Anwendung, zum Beispiel für Rotoren, Impeller und komplexe Halterungen, und spielt auch in der Automobilindustrie eine bedeutende Rolle.

• Richtiges Stützen der Teile während des Bauprozesses und Vermeidung außergewöhnlich schwieriger Formen tragen dazu bei, Krümmung und Verformung zu verhindern.
• Der maximal zulässige Abstand zwischen den Stützen einer Brücke beträgt 2 mm.
• Bei Wänden, die dünner sind als 1 mm, darf das Verhältnis zwischen Wandhöhe und Wandstärke maximal 40:1 betragen, da die Struktur sonst einstürzen kann.
• Dicke Wände sind verschwenderisch und ineffizient, daher sind hohle Wände mit einer Waben- oder Gitterstruktur zu empfehlen. Dadurch werden Kosten gespart, ohne dass die strukturelle Integrität beeinträchtigt wird.
• Baumartige Strukturen, leicht verdrehte, muschelartige Krümmungen und andere organische Formen lassen sich kostengünstig herstellen.
• Erwägen Sie DMLS für sehr komplexe Strukturen, deren spanende Bearbeitung schwierig wäre.
• Standard-DMLS-Teile weisen ähnliche Oberflächen wie beim Sandguss auf. Werden glattere Oberflächen benötigt, gibt es eine Reihe von Nachbearbeitungsverfahren wie Perlstrahlen, Lackieren und maschinelle 3D-Druck-Nachbearbeitung.
• Gesinterte Metallteile weisen 99 % der Dichte konventionell verarbeiteter Metalle auf.
• Mehrteilige Baugruppen können mittels DMLS deutlich vereinfacht werden.
• Bei schrägen Oberflächen tritt ein Treppeneffekt auf, eine Pyramide hat also eine rauere Oberfläche als ein Würfel.
• Wo Löcher oder Merkmale mit engen Toleranzen erforderlich sind, muss zusätzliches Material zum Reiben oder für die maschinelle Nachbearbeitung einkalkuliert werden.
• Der gesamte Bauraum von 250 mm³ kann genutzt werden.
• Direktes Metall-Lasersintern ist eine gute Option für Designer, die leichte Teile entwerfen möchten; die Gesamtkosten für das Teil werden damit reduziert.
• CuNi2SiCr ist ein niedriglegiertes Kupfer, ein Material, das sich für raue Umgebungen eignet, wo reines Kupfer keine Anwendung finden kann.
• Inconel 718 eignet sich für extreme Umgebungen wie Hochtemperaturanwendungen, wo bei Aluminium und Stahl ein Kriechproblem auftreten würde.
• Maraging Steel 1.2790 ist ein ultrahochfester legierter Stahl.
• Titan Ti6Al4v ist eine bekannte leichte Legierung, die aufgrund ihres niedrigen spezifischen Gewichts und ihrer Biokompatibilität beliebt ist.
• Aluminium AlSi10Mg ist eine typische Gusslegierung mit guten gießtechnischen Eigenschaften, die oft für Gussteile mit geringer Wandstärke und komplexer Geometrie eingesetzt wird.
• Edelstahl 316L zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und dadurch aus, dass es nachweislich keine auslaugbaren Substanzen in zytotoxischer Konzentration enthält.