Metall Laserschmelzen

Vorteile & Verfahren

Das Fertigungsverfahren ist unter folgenden Namen derzeit in der Industrie bekannt: Laserschmelzen, additive Fertigung, selektive Fertigung, SLS 3D Druck, generative Fertigung, Laser melting, Laser cusing, Laser Sintern, 3D Druck Metall, 3D Lasersintern, Selektives Laserschmelzen SLM, Metall Laserschmelzen und Laserschmelzen.

Herstellungsverfahren

  • Selektives Laserschmelzen Metall
  • Herstellung erfolgt auf Basis der CAD – Daten
  • Bauteile erhalten die mechanischen Eigenschaften wie in konventionellen Herstellungsverfahren wie Drehen oder Fräsen
  • Die Gefüge-Dichte der Werkstoffe liegt bei bis zu 99,9%

Anwendungsbereiche

  • Prototypen- und Entwicklungsbauteile
  • Vor – und Kleinserien
  • Ersatzteile z.B. im Maschinenbau
  • Vorrichtungen und Betriebsmittel
  • Werkzeugbau » Einsätze mit konturnaher Kühlung
  • Automatisierung » Handlingsysteme
  • Blechbauteile
  • Entwicklung neuartiger Bauteile
  • etc.

Grundsätzliche Vorteile
der additiven Fertigung aus Metall

  • von CAD-Daten direkt zum metallischen Funktionsteil
  • sehr flexible und individuelle Bauteileherstellung
  • Variantenvielfalt in sehr kurzer Zeit möglich
  • Reduzierung der Fertigungsschritte
  • Reduzierung der Durchlaufzeiten bei Entwicklungsbauteilen
  • niedriger Materialverbrauch, geringer Werkstoffabfall = Ressourcenersparnis
  • es wird nur das Material benötigt, welches das Bauteil abbildet
  • maßgebliche Gewichtseinsparung in Bauteilen durch z. B. Gitterstrukturen
  • geringer Logistikaufwand / Transportkosten
  • nahezu keine Grenzen in der Gestaltung im Vergleich zur klassischen Fertigung (Fräsen, Schweißen)
  • werkzeugloses Arbeiten, keine Spannmittel
  • hohe Flexibilität in Geometrie
  • funktionelle Integration von Leitungen

Vorteile für Entwicklungsbauteile

Vorteile in der Entwicklung von Produkten (Entwicklungsbauteile)  

  • Von 3D CAD-Daten innerhalb kürzester Zeit zum metallischen Funktionsteil. Folge: Reduzierung der Durchlaufzeit
  • Durch parallele Fertigungsmöglichkeit, erhöhte Variantenvielfalt in sehr kurzer Zeit möglich oder parallel möglich
  • Weniger Konstruktionsaufwand, da sehr hohe Geometriefreiheit ggf. keine Zeichnungsableitung erforderlich
  • Endprodukt erlangt schneller zur Marktreife. Folge: Wettbewerbsvorteil, Kostenersparnis

Vorteile in der Ersatzteilfertigung

Derzeitige Situation

  • Bei guter Ersatzteilversorgung haben die Unternehmen hohe Lagerkosten und Kapital gebunden
  • Lange Lieferzeiten auf Ersatzteile
  • Hoher administrativer Aufwand bei Ersatzteilbestellung, da es sich meist nur um kleine Stückzahlen handelt
  • Hohe Lager- und Instandhaltungskosten für Werkzeuge und Vorrichtung die zur Herstellung der Ersatzteile benötigt werden

Herstellung Selektives-Lasersintern (SLM)

  • CAD Daten werden mittels eines 3D Scanner aufgenommen und nachkonstruiert oder CAD Daten sind vorhanden
  • Bauteile werden mit dem 3D Druck hergestellt » bestenfalls noch auf dem Kontinent wo sie benötigt werden
  • keine hohe Kapitalbindung da sehr kurze Produktionszeit
  • keine Lagerhaltung notwendig
  • Minimierung der Ausschussquote, da meist Erstbauteile benötigt werden um den Herstellungsprozess zu validieren

Herstellung Selektives-Laserschmelzen (SLM)

Herstellung Selektives-Laserschmelzen (SLM)

  • CAD Daten werden mittels eines 3D Scanner aufgenommen und nachkonstruiert oder CAD Daten sind vorhanden
  • Bauteile werden mit dem 3D Druck hergestellt, bestenfalls noch auf dem Kontinent wo sie benötigt werden
  • keine hohe Kapitalbindung da sehr kurze Produktionszeit
  • keine Lagerhaltung notwendig
  • Minimierung der Ausschussquote, da meist Erstbauteile benötigt werden um den Herstellungsprozess zu validieren

Typischer Ablauf des Herstellungsverfahrens

1. Konstruktion

  • Fertigungsgerechte Konstruktion der Bauteile für das selektive Laserschmelzen (z.B. homogene Wandstärken, Offsetbeteiche für ggf. Endbearbeitung)
  • Anwendung Topologie-Optimierung
  • FEM Berechnung

 

2. Datenaufbereitung zur additiven Fertigung

  • Konstruktionsdaten werden in STL Daten exportiert
  • Erstellung und Dimensionierung der Stütz- oder Ankerstrukturen
  • Optimale Bauteilplatzierung auf der Bauplattform
  • Optimale Bestückung mit Bauteilen der Bauplattform
  • Vergabe der Fertigungsparameter ja nach Anforderung des Bauteils

 

3. Herstellung mittels Selektives Laserschmelzen

  • Herstellung von hoch mechanisch und thermisch belastetet Bauteilen
  • Herstellung von Einzelteilen bis zur Serie
  • Herstellung hoch komplexer Geometrien und Strukturen
  • Verarbeitung von hochfesten Aluminium Legierungen über Edelstähle bis zu Sonderstählen

 

4. Endbearbeitung

  • Absaugen des nicht ausgehärteten Metallpulvers
  • Entladen der Bauplattform aus der Anlage
  • Wärmebehandlung der Plattform / Bauteile je nach Material
  • Definiertes Abtrennen der Bauteile von der Bauplattform
  • Entfernen der Stütz- und Ankerstrukturen vom Bauteil
  • Mechanische Endbearbeitung mittels z.B. Fräsen, Drehen, Trowalisieren, Oberflächenbeschichten, etc. möglich

 

5. Qualitätssicherung Industrie Standards

  • Optisches Vermessen nach 3D CAD Daten mittels Laserscanner
  • Metalogische Untersuchungen wie Schliffbilder, Härteprüfung
  • Erstellung der Qualitätsdokumente

 

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