Additive Fertigung

Die additive Fertigung (engl. additive manufacturing) bietet die Möglichkeit, dreidimensionale Komponenten zu erstellen, indem mithilfe eines Lasers Materialien in Pulverform, beispielsweise Metallpulver, erhitzt und verschmolzen werden. Die additive Fertigung wurde ursprünglich entwickelt, um in den frühen Phasen der Entwicklung eines Konzepts die schnelle Erstellung eines oder mehrerer Prototypens zu ermöglichen, heute wird die additive Fertigung jedoch auch 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. 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 additive Fertigung verwendet. Jedes additive Fertigungsverfahren nutzt 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 für die additive Fertigung eingesetzt werden, sind das Laserauftragschweißen (Laser Metal Deposition, LMD) und das selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM Verfahren). Stereolithographie (SLA), ein weiteres bekanntes additive manufacturing Laserverfahren, verwendet Laser mit kürzerer Wellenlänge zur lokalen Photopolymerisation einer Flüssigkeit.

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

 
 

Das zweite Verfahren, bei dem Faserlaser beim additive manufacturing eingesetzt werden, wird als Laserauftragschweißen (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 für die additive Fertigung ist es heute möglich, mithilfe der additiven Fertigungsverfahren voll funktionsfähige Formen oder Kleinserien funktionsfähiger Komponenten direkt aus CAD-Daten herzustellen. Da die Herstellung größerer Komponenten durch die additive Fertigung mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann, war die Stabilität und Zuverlässigkeit der Faserlaser über mehrere Stunden hinweg 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 Aufbau bzw. Auftrag von Pulver. Tatsache ist, dass die Verwendung der Faserlaser mit höherer Leistung zu reduzierten Kosten und geringeren Vorlaufzeiten für große benutzerdefinierte Komponenten führt. IPGs Faserlaser sind also perfekt für den Einsatz im 3D-Druck bzw. additive manufacturing geeignet.

Materialien

Polymere CoCr Aluminium

Titanlegierung

Edelstähle

Werkzeugstähle

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