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Selektives Laserschmelzen

Aus Licht und Staub gemacht

In der Luft- und Raumfahrtindustrie haben Konstrukteure und Designer oft das Problem, dass die optimale Lösung auf dem Papier sich mit traditionellen Fertigungsverfahren in der Praxis nicht herstellen lassen. Additive Fertigungsverfahren könnten dieses Dilemma auflösen. Die SLM Solutions bietet mit ihrem generatives Metall-Laserschmelzen einen Ansatz hierfür.

Bild: SLM Solutions

In der Luft- und Raumfahrt geht nichts ohne Kreativität. Viele Konstrukteure und Entwickler kennen das Problem: Um fertigungsgerecht zu entwickeln, müssen die einfachsten und besten Lösungen häufig verworfen werden, weil sie mit konventioneller Fertigung nicht herstellbar sind. Die additiven Fertigungsmethoden könnten das ändern. Mit der generativen Fertigung kann eine designgetriebene und ressourcensparende Produktion Realität werden. Konstrukteure und Designer erhalten größtmögliche Konstruktionsfreiheit. Die Automobil- und Luftfahrtindustrie verspricht sich durch diese Technik sinkende Produktionskosten.

Spezielles Strahlschmelzverfahren entwickelt

Die SLM Solutions GmbH aus Lübeck ist Anbieter von Anlagen für ein generatives Fertigungsverfahren, das das Unternehmen ‚Selective Laser Melting‘ (SLM) nennt. Die norddeutsche Firma blickt auf rund 50 Jahre Erfahrung im Anlagenbau zurück, unter anderem im Bereich Vakuum- und Metallgießen. Das Verfahren hat mittlerweile eine fast 20-jährige Vergangenheit. Jahrelang hat sich das Unternehmen mit der Grundlagenforschung und Weiterentwicklung beschäftigt und dabei in Forschung und Entwicklung eng mit renommierten Hochschulen und Instituten zusammengearbeitet. Seit 2010 haben die Lübecker den Fokus ihrer geschäftlichen Ausrichtung fast ausschließlich auf die SLM-Technologie gelegt und sich auf die Marktreife des Verfahrens und der Anlagen konzentriert.

In Deutschland bieten nur wenige Hersteller diese Technologie an. Vier Typen von Laserschmelzanlagen sind seitdem entstanden, die sich unter anderem in der Größe der Baufelder, der Laser und in den Anwendungsmöglichkeiten unterscheiden. Die Anlagen des Lübecker Unternehmens werden weltweit sowohl in der Forschung als auch in der Industrie eingesetzt, zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Medizintechnik oder der Autoindustrie. Kunden sind beispielsweise EADS, General Electric, NASA, Space X und Tesla. Das Investment für diese Technik liegt zwischen 250.000 und 1,5 Millionen Euro.

Aufbau aus Metallpulvern per Laserstrahl

Beim selektiven Laserschmelzen bringt ein Laserstrahl mittels CAD-Daten mikrometerdünne Schichten verschiedenster Metallpulver mit hoher Geschwindigkeit zum Schmelzen und formt so Lage für Lage komplexe Bauteile. In diesen sogenannten ‚3D-Druckern‘ werden unterschiedlich komplexe dreidimensionale Bauteile ohne Umrüst- oder Stillstandszeit in einer Maschine gefertigt. Überschüssiges Pulver wird dem Produktionskreislauf wieder zugefügt. Das Ergebnis dieser Fertigungsmethode: dichte und hochfeste Bauteile mit einer poren- und rissfreien Struktur. Als Baumaterial kommen NE-Metalle, Werkzeugstähle, Edelmetalle und Leichtmetalle zum Einsatz. Das Verfahren bietet verschiedene Vorteile. Konnten in der Vergangenheit optimale Bauteile oft nicht gefertigt werden, da sie nicht zu fräsen, schmieden, gießen, schweißen oder Ähnliches waren. Mit dem additiven Verfahren kann ein Bauteil oder ein Produkt nahezu funktionsoptimiert ausgelegt, konzipiert und konstruiert werden, ohne auf fertigungsspezifische, geometrische Restriktionen zu achten. Durch den schichtweisen Aufbau können selbst hochkomplexe Strukturen realisiert werden, die mit anderen Verfahren in dieser Form, Wirtschaftlichkeit und Kürze der Zeit kaum gefertigt werden können.

Praktisch alles kann ‚gedruckt‘ werden

Beim ‚3D-Printing‘ gilt: Was vorstellbar ist, lässt sich herstellen oder ‚ausdrucken‘. Daher stammt der englische Begriff ‚3D-Printing‘ für dieses Verfahren. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Verarbeitbarkeit serienrelevanter, zumeist metallischer Werkstoffe. Aus dem früheren Rapid Prototyping auf Polymerbasis ist mittlerweile ein Rapid Manufacturing-Verfahren auf Polymer-, Metall- und Keramikbasis geworden. Bei der Produktion von Prototypen können durch Laserschmelzen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren Einsparungen bis 80 Prozent erzielt werden – und das bei einer Produktionszeit von nur zwei bis drei Tagen. Aus 3D-CAD-Konstruktionsdaten werden voll belastbare, metallene Funktionsteile ganz ohne die aufwendig und teuer zu erstellenden Formwerkzeuge hergestellt. Das kann die Entwicklungszeit deutlich verkürzen und Herstellungskosten sparen.


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