SLM Additive Fertigung

Inhaltsübersicht

Überblick über SLM Additive Fertigung

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist eine additive Fertigungstechnologie, bei der ein Laser verwendet wird, um metallisches Pulvermaterial selektiv zu schmelzen und Schicht für Schicht zu verschmelzen, um 3D-Objekte zu erzeugen. SLM eignet sich für die Verarbeitung reaktiver Metalle wie Titan, Aluminium und Edelstahl zu vollständig dichten und funktionalen Teilen mit komplexen Geometrien.

SLM bietet mehrere Vorteile im Vergleich zur traditionellen Fertigung:

Vorteile der additiven Fertigung mit SLM

Nutzen SieBeschreibung
GestaltungsfreiheitSLM kann komplexe Geometrien wie Gitter, innere Kanäle und organische Formen herstellen, die mit maschineller Bearbeitung nicht möglich sind.
PersonalisierungTeile können leicht angepasst und für die Funktion und nicht für die Herstellbarkeit optimiert werden.
GewichtsreduzierungOrganische Formen und Gitter ermöglichen ein geringes Gewicht bei gleichzeitiger Festigkeit der Teile
MaterialeinsparungenSLM verwendet nur die benötigte Menge an Material im Vergleich zur Bearbeitung von massiven Blöcken
Schnelles PrototypingTeile können direkt aus dem CAD in 3D gedruckt werden, im Gegensatz zu Werkzeugen für das Prototyping
Just-in-time-ProduktionOn-Demand-Druck nach Bedarf reduziert die Lagerkosten
Widerstandsfähigkeit der LieferketteVerteilte Fertigung reduziert Risiken in der Lieferkette

SLM ist jedoch auch mit einigen Einschränkungen verbunden:

Grenzen der additiven Fertigung mit SLM

BegrenzungBeschreibung
Kosten der MaschineIndustrielle SLM-Maschinen haben hohe Anfangskapitalkosten von $100K-$1M+
Material-OptionenDerzeit beschränkt auf reaktive Metalle wie Titan, Aluminium, Werkzeugstähle und Superlegierungen
GenauigkeitDie typische Genauigkeit von 0,1-0,2 mm liegt unter den Bearbeitungstoleranzen.
OberflächengüteDie gedruckte Oberfläche ist rau und muss nachbearbeitet werden
Größe bauenDie maximale Teilegröße ist durch die Größe der Druckerkammer begrenzt.
Produktion von KleinserienAm wirtschaftlichsten für Kleinserien und kundenspezifische Teile im Vergleich zur Massenproduktion
NachbearbeitungZusätzliche Schritte wie Entfernen von Stützen, Wärmebehandlung erforderlich

So funktioniert der SLM-3D-Druck

SLM ist ein Pulverbettschmelzverfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl verwendet wird, um metallisches Pulvermaterial selektiv zu schmelzen und Schicht für Schicht zu verschmelzen.

Die wichtigsten Schritte im SLM-Prozess sind:

SLM 3D-Druckverfahren

SchrittBeschreibung
3D-ModellEin 3D-CAD-Modell wird digital in Schichten zerlegt
StreupulverEin Rückstreichmesser verteilt eine dünne Pulverschicht auf der Bauplattform
LaserschmelzenEin Laserstrahl tastet jede Schicht ab und verbindet sie mit dem Schmelzpulver, basierend auf den geschnittenen CAD-Daten.
Untere PlattformDie Bauplattform senkt sich und eine weitere Schicht Pulver wird aufgetragen
Wiederholen Sie die SchritteDer Prozess des Schmelzens der Schichten wird wiederholt, bis das gesamte Teil aufgebaut ist.
Teil entfernenDas fertige 3D-gedruckte Teil wird aus dem Pulverbett genommen
Post-ProcessDas Teil wird gereinigt und wärmebehandelt, um Spannungen abzubauen.

SLM-Materialien

SLM ist in der Lage, eine Reihe von reaktiven Metallen zu vollständig dichten Teilen zu verarbeiten, einschließlich:

SLM-Materialien

MaterialWichtige EigenschaftenAnwendungen
Titan-LegierungenHohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, BiokompatibilitätLuft- und Raumfahrt, medizinische Implantate
Aluminium-LegierungenLeichtes Gewicht, hohe FestigkeitAutomobilindustrie, Luft- und Raumfahrt
Rostfreie StähleKorrosionsbeständigkeit, hohe FestigkeitIndustrieller Werkzeugbau, Marine
WerkzeugstähleHohe Härte, HitzebeständigkeitSpritzgussformen, Gesenke
Nickel-SuperlegierungenHitze- und KorrosionsbeständigkeitTurbinenschaufeln, Raketendüsen
Kobalt ChromAbriebfestigkeit, BiokompatibilitätZahnimplantate, Orthopädie

Die gängigsten SLM-Materialien sind Titan- und Aluminiumlegierungen sowie Werkzeug- und Edelstähle. Auch exotischere Superlegierungen und Metallverbundwerkstoffe können mit der SLM-Technologie bearbeitet werden.

SLM-Design-Richtlinien

Um erfolgreich Teile für den SLM-3D-Druck zu entwerfen, sollten Ingenieure diese Richtlinien befolgen:

SLM-Design-Richtlinien

LeitfadenBeschreibung
Vermeiden Sie ÜberhängeMinimierung von Überhängen, die Stützen erfordern, die entfernt werden müssen
Design-AnkerKleine Anker oder Laschen zur Befestigung des Teils an der Bauplatte einfügen
Orientierung für StärkeAusrichten des Teils zur Maximierung der Festigkeit in Funktionsrichtung
Teilehöhe minimierenAusrichten, um die Z-Höhe zu minimieren, damit empfindliche Merkmale nicht kollabieren
Nachbearbeitung zulassenFügen Sie 0,1-0,3 mm Aufmaß für die Nachbearbeitung hinzu, wenn enge Toleranzen erforderlich sind.
Optimieren Sie GitterkonstruktionenAbstimmung der Zellengröße und der Strebengröße auf die Bauteillasten und SLM-Bedingungen
Inklusive EntlüftungslöcherFügen Sie kleine Löcher ein, um zu verhindern, dass eingeschlossenes Pulver Defekte verursacht.
Konforme KühlkanäleEntwurf komplexer interner Kühlkanäle, die durch Bohren/Bearbeiten nicht möglich sind
Teile kombinierenKonsolidierung von Baugruppen zu Einzelteilen, um den Montageaufwand zu reduzieren

Die Befolgung dieser Richtlinien hilft, häufige SLM-Druckfehler wie schlechte Oberflächengüte, Verformung, Rissbildung oder eingeschlossenes Pulver zu vermeiden.

SLM Drucker Hersteller

Zu den wichtigsten Herstellern von SLM-Systemen gehören:

SLM 3D Drucker Hersteller

UnternehmenDruckerWesentliche Merkmale
EOSEOS M290, EOS M300 x4Pionier des 3D-Metalldrucks, hervorragende Bauteileigenschaften
SLM-LösungenSLM 280, SLM 500, SLM 800Sehr hohe Laserleistung für Produktivität und große Bauvolumen
3D-SystemeDMP Fabrik 500Skalierbare Systeme für die Großserienproduktion
GE-ZusatzstoffKonzept Laser M2, X Line 2000RJetzt Teil von GE, zuverlässige Produktivitäts-Arbeitspferde
RenishawRenAM 500QAusgezeichnete Präzision, integriertes Qualitätsmanagementsystem

Bei der Auswahl eines SLM-Systems sind die Schlüsselfaktoren Bauvolumen, Laserleistung, Materialeigenschaften, Präzision und Software-Workflow. Die führenden Hersteller bieten etablierte Systeme an, aber es gibt auch viele neue Marktteilnehmer aus China und Indien.

SLM-Drucker-Preise

Industrielle SLM-Systeme haben hohe Anfangsinvestitionen, die von $100.000 für Einstiegsmaschinen bis zu $1.000.000+ für High-End-Produktionssysteme reichen:

SLM-Drucker-Preise

HerstellerDrucker-ModellVolumen aufbauenPreisspanne
EOSEOS M10095 x 95 x 95 mm$100k - $150k
SLM-LösungenSLM 125125 x 125 x 125 mm$175k - $250k
3D-SystemeDMP Fabrik 500500 x 500 x 500 mm$500k - $800k
GE-ZusatzstoffKonzept Laser M2 Serie 5250 x 250 x 280 mm$700k - $900k
RenishawRenAM 500M250 x 250 x 350 mm$950k - $1.2M

Größere Bauvolumen, höhere Laserleistung und Produktivitätsmerkmale treiben die Systemkosten in die Höhe. Eine kluge Auswahl auf der Grundlage der Anwendungsbedürfnisse und Produktionsanforderungen ist jedoch entscheidend.

Überlegungen zur SLM-Einrichtung

Um eine SLM-Anlage erfolgreich zu betreiben, sollten Unternehmen Folgendes beachten:

SLM-Faktoren

FaktorBeschreibung
Kosten der EinrichtungBerücksichtigung der Kosten für Drucker, Materialien und den Aufbau der Einrichtung
MaterialhandhabungInstallieren Sie Geräte zur Handhabung von Pulver und stellen Sie den Arbeitern PSA zur Verfügung.
NachbearbeitungReinigungsanlagen, Wärmebehandlung, HIP, Oberflächenbehandlung usw.
SoftwareWorkflow-Software für Terminplanung, Verschachtelung, Prozessüberwachung
AusbildungSchulung von Ingenieuren in der Konstruktion und von Technikern in der Bedienung von Druckern
SicherheitBefolgen Sie die Verfahren zur Handhabung von Pulver und verfügen Sie über Brandbekämpfungssysteme.
WartungPlanen Sie eine regelmäßige Wartung und Kalibrierung des Systems
QualitätskontrolleMessen von Abmessungen und Materialeigenschaften, Wiederholbarkeitstests
ZertifizierungISO 9001, AS9100 Zertifizierung für regulierte Industrien

Die Wahl eines erfahrenen Dienstleisters kann bei der Einrichtung, dem Betrieb und der Zertifizierung von Anlagen für regulierte Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt oder medizinische Geräte helfen.

slm additive fertigung

Vorteile der additiven Fertigung mit SLM

Zu den wichtigsten Vorteilen des SLM-3D-Drucks gehören:

SLM Additive Manufacturing Vorteile

VorteilBeschreibung
Komplexe GeometrienSLM kann hochkomplexe organische Formen und komplizierte interne Gitter und Kanäle herstellen
Kundenspezifische TeileEinfache Erstellung kundenspezifischer Teile, die auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten sind, ohne dass es zu Einschränkungen bei den Werkzeugen kommt
GewichtsreduzierungGitterstrukturen und Topologieoptimierung ermöglichen leichte und stabile Konstruktionen
Konsolidierte BaugruppenKombinieren Sie mehrere Komponenten zu komplexen Einzelteilen
Schnelle VorlaufzeitenDrucken Sie Teile bei Bedarf direkt aus CAD-Daten, anstatt sie monatelang zu bearbeiten.
Reduzierter AbfallNur die benötigte Menge an Material verwenden, im Gegensatz zur Bearbeitung von Knüppeln
On-Demand-ProduktionErmöglicht verteilte Just-in-Time-Fertigung in Kundennähe
Reduzierung der BeständeDrucken Sie Teile nach Bedarf und reduzieren Sie so die Kosten für Werkzeuge, Lagerhaltung und Inventar
Leistungsstarke MaterialienVerarbeitung von hochentwickelten Metallen wie Titan und Superlegierungen zu Endverbrauchsteilen

Aufgrund der Designfreiheit, der individuellen Anpassung von Teilen und der dezentralen Produktionsmöglichkeiten eignet sich SLM ideal für die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Industrie und der Automobilindustrie.

Grenzen der additiven Fertigung mit SLM

SLM hat einige Einschränkungen, unter anderem:

Grenzen der additiven Fertigung mit SLM

BegrenzungBeschreibung
Kosten der MaschineSLM-Drucker haben hohe Investitionskosten, oft über $500.000
Verfügbarkeit von MaterialDerzeit auf reaktive Strukturmetalle und nicht auf Kunststoffe beschränkt
GenauigkeitDie typische Genauigkeit von 0,1-0,2 mm ist geringer als bei der CNC-Bearbeitung.
OberflächeDie bedruckte Oberfläche ist relativ rau und hat einen Treppeneffekt.
NachbearbeitungEntfernung von Stützen, Bearbeitung, Polieren oft erforderlich
DruckgeschwindigkeitBauraten von typischerweise 5-100 cm³/Std. begrenzen die Geschwindigkeit gegenüber der Massenproduktion
Maximale TeilegrößeBegrenzt durch das Bauvolumen des Druckers, normalerweise unter 500 x 500 x 500 mm
ProzessüberwachungFehlende In-situ-Überwachung kann zu unentdeckten Mängeln führen
Fachwissen des BetreibersSLM-Techniker benötigen eine umfangreiche Schulung zu den Verfahren
MaterialkostenPulvermetalle können 2-5 mal teurer sein als Rohmaterial

Für sehr hohe Genauigkeitsanforderungen, extrem große Teile oder Massenproduktionen sind subtraktive Verfahren wie die CNC-Bearbeitung in der Regel besser geeignet als das additive SLM.

Die Rolle von SLM in der Fertigung

SLM ist am besten geeignet für:

Beste Rollen für SLM in der Fertigung

Rolle in der FertigungBeispiele
Schnelles PrototypingSchnelle Design-Iterationen und Proof-of-Concept-Teile
Produktion von KleinserienHalterungen für die Luft- und Raumfahrt, Laufräder, medizinische Implantate
Werkzeuge für BrückenHerstellung der ersten Einheiten, während die Spritzgussformen hergestellt werden
Teilweise KonsolidierungKombinieren mehrerer Komponenten zu Einzelteilen
MassenanpassungMaßgeschneiderte Endprodukte wie zahnmedizinische Aligner
Verteilte FertigungLokale Produktion in Kundennähe auf Abruf

Bei sehr hohen Stückzahlen sind der konventionelle Druckguss oder der Kunststoffspritzguss in der Regel kostengünstiger als der SLM-3D-Druck. Aber für die Produktion von Kleinserien ist SLM hervorragend geeignet.

Die Zukunft der additiven SLM-Fertigung

Es wird erwartet, dass SLM in Zukunft durch weitere Anwendungen erweitert wird:

Die Zukunft von SLM

TrendBeschreibung
Größere DruckerBauvolumen über 1 Meter Länge und Höhe
Multi-Laser-SystemeMulti-Laser-Maschinen mit höherer Leistung als 1 kW
Schnellere GeschwindigkeitenDruckgeschwindigkeiten von bis zu 500 cc/h über gescannte Galvo-Laser
Neue MaterialienHochtemperaturlegierungen, MMCs, neuartige Verbundwerkstoffe
Hybride FertigungKombinierte AM- und subtraktive Verfahren in einem System
Automatisierte NachbearbeitungReduzierte manuelle Arbeit für die Entfernung von Stützen und die Oberflächenbearbeitung
Prozessbegleitende ÜberwachungIn-situ-Überwachung von Schmelzbad, Pulverbett und Werkstückdefekten
SimulationPhysik-basierte Simulationen zur Vorhersage des Verhaltens und zur Optimierung von Konstruktionen
Maschinelles LernenKI für Design, Prozessoptimierung, Qualitätssicherung
Digitale LieferketteNahtloser digitaler Workflow vom Entwurf bis zur Produktion

Auswahl eines SLM-Dienstleisters

Bei der Auswahl eines SLM-Dienstleisters sollten die Käufer Folgendes beachten:

Auswahl eines SLM-Dienstleisters

FaktorBeschreibung
DruckausrüstungSuchen Sie nach seriösen industriellen Metalldruckern mit hoher Strahlkraft und großem Auftragsvolumen
MaterialienFähigkeit zur Verarbeitung gewünschter Legierungen wie Titan, Werkzeugstahl, Edelstahl
NachbearbeitungBieten Sie eine breite Palette von Nachbearbeitungsmöglichkeiten wie HIP, Bearbeitung, Polieren
QualitätsverfahrenISO 9001- oder AS9100-zertifiziert mit strengen Qualitätssicherungsprozessen
Erfahrung mit AnwendungenFachwissen und Fallstudien zu Zielanwendungen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik
Design-UnterstützungFähigkeit zur Konstruktion und Optimierung von Teilen für die AM-Herstellung
VorlaufzeitenFähigkeit, Muster- und Produktionsteile innerhalb des erforderlichen Zeitrahmens zu liefern
Vorbereitung der DateiAkzeptieren von Standard-CAD- und Polygon-Dateiformaten mit Konstruktionsanalyse
Dienstleistungen nach dem BauReinigung, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung, Beschichtung
Zusätzliche DienstleistungenInspektion, Rapid Prototyping, Brückenkonstruktion, Gussteile, Formgebung
PreisgestaltungWettbewerbsfähige und skalierbare Preise für unterschiedliche Bauvolumen
StandortNähe für Lieferkettenlogistik und Kommunikation

Die Wahl eines Dienstleisters, der vom Entwurf bis zur Nachbearbeitung über ein umfassendes Leistungsspektrum verfügt, gewährleistet qualitativ hochwertige Ergebnisse. Die Prüfung von Fallstudien und der Besuch von Einrichtungen hilft bei der Überprüfung der Erfahrung.

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FAQs

F: Welche Materialien können mit der SLM-Technologie 3D-gedruckt werden?

A: SLM ist in der Lage, eine Reihe von reaktiven Metallen wie Edelstahl, Werkzeugstahl, Titanlegierungen, Nickelsuperlegierungen, Aluminiumlegierungen und Kobaltchrom zu bearbeiten. Die beliebtesten SLM-Materialien sind Titan Ti6Al4V und Aluminium AlSi10Mg.

F: Wie genau ist der SLM-3D-Druck?

A: SLM erreicht in der Regel eine Genauigkeit von 0,1-0,2 mm. Dies ist zwar niedriger als die CNC-Bearbeitungstoleranz, aber Nachbearbeitungen wie Bearbeitung und Polieren können die Genauigkeit verbessern. Featuregrößen unter 0,3 mm werden nicht empfohlen.

F: In welchen Branchen wird die additive Fertigung mit SLM eingesetzt?

A: Die Luft- und Raumfahrt, die Medizin- und Dentaltechnik, die Automobilindustrie und die Industrie sind heute wichtige Anwender der SLM-Technologie, da sie Vorteile wie Leichtbau, Teilekonsolidierung, kundenspezifische Massenfertigung und schnelle Durchlaufzeiten bieten.

F: Welche Nachbearbeitungen sind nach dem SLM-Druck erforderlich?

A: Zu den üblichen Nachbearbeitungen nach dem Druck gehören das Entfernen von Stützen, Wärmebehandlung zum Spannungsabbau, heißisostatisches Pressen (HIP), CNC-Bearbeitung, Polieren und Beschichten. Die Anforderungen hängen von der Anwendung, dem Material und den Anforderungen an das Finish ab.

F: Wie teuer ist der SLM-Metall-3D-Druck?

A: Industrielle SLM-Systeme reichen von $100.000 bis über $1 Million, je nach Bauvolumen, Laserleistung und Funktionen. Die Materialkosten für Metallpulver können das 2- bis 5-fache der Kosten für Rohmaterial betragen. Aber die Gesamtkosten gehen zurück.

F: Kann SLM Überhänge und komplexe Formen drucken?

A: Ja, SLM kann Geometrien wie Überhänge, Gitter und dünne Wände durch den Einsatz von Stützstrukturen drucken. Es ist eine sorgfältige Ausrichtung erforderlich, um Verformungen zu vermeiden und die Anforderungen an die Unterstützung auszugleichen.

F: Welche Software wird für den SLM-Druck verwendet?

A: SLM-Drucker werden mit proprietärer Software für den Druck geliefert. Zusätzliche Software wird für Design, Dateireparatur, Simulation, Bauvorbereitung, Verschachtelung, Bauverwaltung und Qualitätsmanagement verwendet.

F: Wie lange dauert es, ein Teil mit SLM in 3D zu drucken?

A: Die Druckzeiten reichen von Stunden bis zu Tagen, abhängig von der Teilegröße, der Geometriekomplexität und den Druckparametern. Für Metallteile arbeiten SLM-Drucker in der Regel mit einer Baurate von 5 bis 100 cc/Stunde. Größere Teile brauchen länger.

F: Kann SLM sichere und funktionelle Metallteile für den Endverbrauch herstellen?

A: Ja, mit dem richtigen Design und der richtigen Verarbeitung kann SLM vollständig dichte Metallteile herstellen, die die Materialeigenschaften traditionell hergestellter Teile für den funktionalen Endgebrauch in anspruchsvollen Anwendungen erfüllen oder übertreffen.

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