Additive Fertigungsverfahren

Additive Fertigungsverfahren bieten jetzt die Möglichkeit, dreidimensionale Komponenten zu erstellen, indem mithilfe eines Lasers pulverförmige Materialien erhitzt und verschmolzen werden. Die additive Fertigung wurde ursprünglich entwickelt, um in den frühen Phasen des Entwicklungszyklus eines Konzepts die schnelle Erstellung eines Prototyps zu ermöglichen, wird heute jedoch zur Herstellung voll funktionsfähiger Komponenten und Produkte eingesetzt.

Additive Fertigungsverfahren haben sich mittlerweile zu einer gänzlich neuen Branche für die Herstellung von 3D-Festkörpern durch Aufbringen einzelner Materialschichten entwickelt. All diese Verfahren nutzen die enormen Verbesserungen, die in jüngster Zeit bei der Rechenleistung sowie der Bewegungs- und Prozesssteuerung erzielt wurden, um verschiedenste Materialien mit hoher Geschwindigkeit präzise aufzutragen. Zwei der Verfahren, bei denen IPG-Laser eingesetzt werden, sind das Laserauftragsschweißen (Laser Metal Deposition, LMD) und das selektive Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM). Das andere als Stereolithographie (SLA) bekannte Laserverfahren verwendet Laser mit kürzerer Wellenlänge zur lokalen Fotopolimerisierung einer Flüssigkeit. Der Begriff 3D-Druck bezeichnete ursprünglich ein als Schmelzschichtung (Fused Deposition Modelling, FDM) bezeichnetes Verfahren, das ohne Laser arbeitet. Der Begriff wurde in letzter Zeit jedoch popularisiert und wird nun mitunter für die gesamte Branche verwendet.

Selektives Laserschmelzen (SLM) und das eng verwandte selektive Lasersintern (Selective Laser Sintering, SLS) unterscheiden sich nur insofern, dass das Pulver beim SLM-Verfahren vollständig geschmolzen, beim SLS-Verfahren dagegen lediglich verschmolzen wird. Das SLM-Verfahren erzeugt daher vollständig dichte Metallteile mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Bei all diesen Verfahren wird ein Pulverbett verwendet, das nach dem Laserverschmelzen jeder Schicht erneuert wird. Direktes Metall-Lasersintern (Direct Metal Laser Sintering, DMLS) ist ein verwandtes Pulverbettverfahren. Für diese Anwendungen werden Singlemode-Faserlaser mit einer Leistung von mehreren hundert Watt bis 1 kW verwendet.

 
 

Das zweite Verfahren, bei dem Faserlaser eingesetzt werden, wird als Laserauftragsschweißen (LMD) bezeichnet. In diesem Fall wird dem fokussierten Laserspot ein Pulver koaxial durch eine Düse zugeführt, und es können vollständig dichte metallische Komponenten hergestellt werden.

Infolge der Weiterentwicklung der Materialien und Verfahren ist es heute möglich, mit additiven Fertigungsverfahren direkt aus CAD-Daten voll funktionsfähige Formen oder Kleinauflagen funktionsfähiger Komponenten herzustellen. Da die Herstellung größerer Komponenten mittels additiver Fertigung mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann, war die Stabilität und Zuverlässigkeit von Faserlasern ausschlaggebend für die Entwicklung dieser laserbasierten Verfahren. Ebenso sind IPG-Faserlaser mit einer Leistung im Multi-Kilowatt-Bereich entscheidend für die Entwicklung von Systemen und Verfahren mit schnellerem Pulveraufbau bzw. -auftrag. Tatsache ist, dass die Verwendung von Faserlasern mit höherer Leistung zu reduzierten Kosten und Vorlaufzeiten für große benutzerdefinierte Komponenten führt.

Materialien

Polymere CoCr Aluminium

Titanlegierung

Edelstähle

Werkzeugstähle

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