Direktes Metall-Lasersintern (DMLS), auch bekannt als direktes Laser-Metallformen (DLMF), ist ein 3D-Fertigungsverfahren. Bei dieser Technik wird ein Hochleistungslaser verwendet, um das Pulver einer Metalllegierung mikrozuschweißen und mithilfe von computergestütztem Design schichtweise ein 3D-Objekt zu erstellen.
Einer der größten Vorteile dieser Technik besteht darin, dass sie fehlerfreie und eigenspannungsfreie Bauteile erzeugt. Daher wird sie häufig bei der Herstellung verschiedener Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und der Automobilindustrie eingesetzt.
Inhalte
Direktes Metall-Lasersinterverfahren
CAD-Modellierung
Der DMLS-Prozess beginnt mit der Erstellung eines 3D-Modells des gewünschten Teils mithilfe einer CAD-Software. Die CAD-Datei wird in eine CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) importiert. In der CAM-Software wird sie in dünne horizontale Schichten (typischerweise 20 Mikrometer dick) geschnitten, um die schichtweise Herstellung von Komponenten zu unterstützen.
Pulverstreuen
Mit einer Recoater-Klinge wird das Metallpulver auf der Bauplattform verteilt.
Lasersintern
Ein leistungsstarker Laser mit bis zu 1,000 W scannt das Pulverbett mit einer Geschwindigkeit von 7 m/s und erzeugt gemäß CAD-Design kalte Schweißnähte zwischen den Pulverpartikeln. Die Pulverpartikel werden durch den Laserstrahl knapp unter ihren Schmelzpunkt erhitzt. Dadurch Sinter in ein festes Teil.
Absenken der Bauplattform
Nachdem die erste Schicht Metallpulver gesintert ist, senkt sich die Bauplattform um eine Schichtdicke ab, normalerweise 20 Mikrometer.
Auftragen der nächsten Schicht
Nun wird eine neue Pulverschicht über die vorherige verteilt und der Laser scannt die neue Schicht.
Die Schritte 1–4 werden wiederholt, bis das gesamte Teil Schicht für Schicht von unten nach oben aufgebaut ist.
Kühlung:
Nach Abschluss des Baus wird das Teil in der Kammer abgekühlt. Die Kühlung der Komponenten verhindert einen Thermoschock und trägt zum Abbau innerer Spannungen bei.
Pulverentfernung und Nachbearbeitung
Das überschüssige, ungesinterte Pulver wird von der Bauplattform abgebürstet oder weggeblasen und häufig recycelt.
Nach Abschluss des gesamten Prozesses werden die Stützstrukturen manuell entfernt. Die abschließenden Bearbeitungsschritte können je nach Bedarf Wärmebehandlung, mechanische Bearbeitung oder Oberflächenpolitur umfassen.
Direktmetall-Lasersintermaschine
- Steuergerät: Dies umfasst im Wesentlichen die Software und die elektronischen Systeme, die STL-Dateien verarbeiten, Scanmuster steuern und die Bewegung von Lasern und Bauplattformen verwalten.
- Baue Chamber: Diese Kammer verfügt über eine inerte Umgebung, in der Regel Argongas verwendet wird. Sie enthält Bauplattformen und Laserquellen.
- Laserquelle: Dabei kommt üblicherweise ein Faserlaser zum Einsatz, der für die Energiezufuhr zum selektiven Sintern des Metallpulvers zuständig ist.
- Galvanometerspiegel: Dabei handelt es sich um schnell bewegliche Spiegel, die den Laserstrahl präzise über das Pulverbett lenken.
- Pulverbettsystem In der DMLS-Maschine gibt es zwei Power-Bed-Systeme:
- Bauplattform: Bewegt sich beim Bau des Teils Schicht für Schicht nach unten.
- Pulverversorgungsplattform: Hält frisches Metallpulver.
- Beschichterklinge oder -rolle: Verteilt eine neue Pulverschicht über die Bauplattform, nachdem jede Schicht verschmolzen ist.
- Pulverhandhabungssystem:Dadurch wird die Lieferung, Rückgewinnung und Wiederverwertung von nicht verbrauchtem Pulver geregelt.
Materialien für das direkte Metall-Lasersintern
Titan (Ti6Al4V)
Die Titanlegierung Ti6Al4V ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle im DMLS-Verfahren. Sie zeichnet sich durch ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität aus. Das Titanpulver wird im DMLS-Verfahren eingesetzt, wenn leichte und langlebige Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie medizinische Instrumente benötigt werden.
Inconel 718
Inconel 718 ist eine Nickel-basierte Superlegierung. Sie ist für extreme Hitze und mechanische Belastungen ausgelegt. Sie behält ihre Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit selbst bei Temperaturen über 700 °C. Aufgrund ihrer bemerkenswerten Eigenschaften wird sie im DMLS-Verfahren zur Herstellung von Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor und in der Hochleistungsautomobilindustrie eingesetzt.
Edelstahl 316L
Edelstahl 316L ist eine austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-Legierung. Er ist bekannt für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Duktilität und mechanische Festigkeit. Er wird häufig in der Medizin, der Industrie und im Werkzeugbau eingesetzt.
Aluminiumlegierung (AlSi10Mg)
AlSi10Mg ist eine leichte Aluminiumlegierung mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, mittlerer Festigkeit und guter Ermüdungsbeständigkeit. Sie eignet sich ideal für Anwendungen, die Gewichtsreduzierung bei hoher Leistung erfordern, wie z. B. Fahrzeugrahmen, Drohnenteile und Wärmetauscher.
Anwendungen des direkten Metall-Lasersinterns
Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrt werden Bauteile mit komplexer Geometrie und geringem Gewicht mittels Direktem Metall-Lasersintern hergestellt. Dazu gehören Komponenten wie Turbinenschaufeln, Halterungen und Motorgehäuse.
Automobil: Auch die Automobilindustrie profitiert vom DMLS-Verfahren, da es die schnelle Herstellung funktionaler Prototypen und Hochleistungskomponenten ermöglicht. Es wird zur Herstellung von Teilen wie Motorteilen, Bremssystemen und Auspuffkrümmern eingesetzt.
Werkzeuge und industrielle Anwendungen: DMLS wird zum Erstellen von Formen mit konturnahen Kühlkanälen, kundenspezifischen Matrizen und Präzisionsvorrichtungen und -vorrichtungen verwendet.
Medizinisch: DMLS wird auch im medizinischen Bereich häufig zur Herstellung hochpräziser, patientenspezifischer Komponenten eingesetzt. Es wird zur Herstellung von Kondylenplatten aus Ti-6Al-4V-Legierung, Zahnimplantaten auf Titanbasis und Zahnkronen verwendet.
Direktes Metall-Lasersintern: Vorteile und Nachteile
Direktes Metall-Lasersintern ist eine fortschrittliche generative Fertigungs Die DMLS-Technik bietet Vorteile wie hohe Designfreiheit, hohe Materialausnutzung und schnelles Prototyping. Allerdings sind auch einige Einschränkungen mit DMLS verbunden, wie z. B. hohe Investitionen in die Ausrüstung und Einschränkungen bei der Produktgröße.
Vorteile von DMLS
Hohe Designfreiheit
Seine Gestaltungsfreiheit ermöglicht die Herstellung komplexer, komplizierter Geometrien
Hervorragende Materialeigenschaften
Es werden Materialien verwendet, aus denen robuste, funktionale Metallteile hergestellt werden
Minimaler Materialabfall:
Durch die effiziente Verwendung von Metallpulver entsteht im Vergleich zu anderen Gussverfahren weniger Ausschuss
Anpassungsfreundlich
Direktes Metall-Lasersintern ist ideal für personalisierte oder patientenspezifische Komponenten.
Effizient für die Produktion kleiner Stückzahlen
Bei der Verwendung von DMLS zur Herstellung von Komponenten sind keine Werkzeuge oder Formen erforderlich.
Nachteile von DMLS
Hohe Geräte- und Materialkosten
Es werden teure Maschinen und Metallpulver verwendet
Langsame Build-Geschwindigkeiten
Zeitaufwendig bei großen oder dichten Teilen
Umfangreiche Nachbearbeitung erforderlich
Dem Prozess folgen Nachbehandlungen wie das Entfernen der Stützstrukturen, eine Wärmebehandlung und eine Oberflächenveredelung.
Größenbeschränkungen
Eingeschränkt durch das Bauvolumen des Druckers
DMLS im Vergleich zu SLM
Die folgende Tabelle bietet einen detaillierten Vergleich zwischen dem direkten Metall-Lasersintern und dem selektiven Laserschmelzen.
| Merkmal | Direktes Metalllasersintern (DMLS) | Selektives Laserschmelzen (SLM) |
|---|---|---|
| Laser Spot Größe | Typischerweise etwa 40 Mikrometer, insbesondere in kleineren Systemen | Bereiche zwischen 80 und 160 Mikrometer |
| Anzahl der Laser | Verwendet 4 Laser | Ausgestattet mit 12 Lasern |
| Einstellbare Ebenen und Balken | Feste Schichtdicke und Lasergröße | Bietet Flexibilität hinsichtlich Schichthöhe und Lasergröße |
| Kleinstes Detail möglich | Kann Merkmale von nur 100 Mikrometern erzeugen | Die minimale Detailgröße beträgt ca. 140 Mikrometer |
| Materialkonsistenz | Produziert Teile mit gleichmäßigen Eigenschaften in alle Richtungen | Erzielt außerdem konsistente Materialeigenschaften im gesamten Teil |
| Kühlbedarf | Teile müssen nach dem Drucken gekühlt werden | Nach dem Drucken ist eine Kühlung erforderlich |
| Unterstützungsstrukturen | Unterstützung beim Drucken erforderlich | Benötigt auch Unterstützungsstrukturen |
| Maximale Build-Größe | Begrenzt auf 400 x 400 x 400 mm | Kann größere Bauten bis zu 600 x 600 x 600 mm verarbeiten |
| Energieverbrauch | Arbeitet mit etwa 400 Watt | Verbraucht typischerweise etwa 1000 Watt |
| Typische Verwendungen | Häufig im medizinischen Bereich, insbesondere für Zahn- und Implantatgeräte | Bevorzugt in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie |
| Qualität der Oberflächenbeschaffenheit | Erzeugt Oberflächen mit einer Rauheit zwischen 8–20 Mikrometern Ra | Ergibt normalerweise glattere Oberflächen, etwa 5–15 Mikrometer Ra |
FAQ
1. Welche Vorteile bietet DMLS gegenüber der herkömmlichen Fertigung?
Bei komplexen, kleinvolumigen oder kundenspezifischen Teilen bietet DMLS gegenüber der herkömmlichen Fertigung erhebliche Vorteile, wie etwa weniger Materialabfall, schnellere Prototypenentwicklung und Wegfall von Werkzeugkosten.
2. Ist selektives Lasersintern (SLS) dasselbe wie DMLS?
DMLS und SLS sind beides laserbasierte 3D-Druckverfahren, sie sind jedoch nicht identisch. DMLS arbeitet mit Metallpulvern, während SLS für Keramik, Kunststoff und Glas verwendet wird.