Das Laser-Pulverbett-Verfahren (LPBF) ist die führende additive Fertigungstechnologie für Metalle. Beim LPBF-Verfahren schmilzt und verschmilzt ein Hochleistungslaser selektiv Metallpulver, um jede Schicht des Bauteils zu bilden.
Der Laser schmilzt selektiv bestimmte Bereiche des Pulverbetts entsprechend dem digitalen Entwurf auf und ermöglicht so eine präzise Steuerung der Teilegeometrie. Während das Verfahren das Teil Schicht für Schicht aufbaut, werden die Schichten mit dem Laser verschmolzen, was die Herstellung komplizierter innerer Merkmale und komplexer Geometrien ermöglicht.
Das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen ist auch als Selektives Laserschmelzen (SLM) oder Direktes Metall-Laserintern (DMLS) bekannt. Das Verfahren beginnt damit, dass der Pulverwerkstoff gleichmäßig als dünnere Schicht (10-200µm) auf die Bauplatte aufgetragen wird, indem er mit einem Beschichter behandelt wird. Danach wird der Werkstoff selektiv durch einen fokussierten Laserstrahl geschmolzen.
Im Vergleich zu anderen additiven Fertigungstechnologien bietet LPBF eine höhere Auflösung und bessere Materialeigenschaften für Metallteile. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsverfahren wie dem Spritzguss, die teure Werkzeuge erfordern und bei der Herstellung komplexer Formen eingeschränkt sind, ermöglicht LPBF eine schnelle Durchlaufzeit und die Herstellung hochkomplexer, leichter Komponenten ohne die Zwänge von Formen oder Gesenken.
Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, senkt sich die Bauplattform ab und der Prozess wiederholt sich. Auf diese Weise entstehen nebeneinander liegende Schmelzspuren, die gemeinsam eine Schicht bilden
LPBF ermöglicht die Herstellung komplexer Teile, die sich mit einer klassischen Fertigung nicht herstellen lassen. Ein großer Vorteil dieser additiven Herstellungstechnologie ist, dass keine zusätzlichen Werkzeuge erforderlich sind, was sie kosteneffizient macht. Zudem ist das ungenutzte Pulver und Späne wiederverwendbar, wodurch weniger Abfallproduckte wie zum Beispiel Späne entstehen.
Bei diesem Verfahren wird ein hochpräziser Laser eingesetzt, um Metallpulver selektiv zu schmelzen und zu verschmelzen, so dass die Teile Schicht für Schicht aufgebaut werden. Zunächst wird eine dünne Pulverschicht auf die Bauplattform in einer kontrollierten Baukammer aufgetragen. Der Laser schmilzt dann das Pulver entsprechend dem digitalen Entwurf. Nachdem jede Schicht fertiggestellt ist, senkt sich die Plattform und eine neue Pulverschicht wird aufgetragen.
Dieser Zyklus wiederholt sich, bis das Teil vollständig geformt ist, was die Herstellung komplizierter Geometrien mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften ermöglicht. Dank dieser Präzision und Detailgenauigkeit eignet sich LPBF ideal für die Herstellung von funktionalen Prototypen und leistungsstarken Teilen für den Endgebrauch, ohne dass herkömmliche Werkzeuge erforderlich sind.
Bei Bedarf werden Stützstrukturen verwendet, die Überhänge und komplexe Merkmale ermöglichen, die mit subtraktiven Verfahren nicht möglich sind. Prozessparameter wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit und Energiedichte werden fein abgestimmt, um die Teilequalität und eine optimale Mikrostruktur zu gewährleisten.
Ein weiterer Vorteil von LPBF ist die Effizienz des Pulvers: Nicht verwendetes Pulver kann gesiebt und wiederverwendet werden, was den Materialabfall reduziert. Jeder Druckauftrag wird während des gesamten Prozesses sorgfältig überwacht, um die Maßhaltigkeit und Integrität der Teile zu gewährleisten.
Als führende Technologie für die additive Fertigung von Metallen wird LPBF von vielen Branchen auf der MakerVerse-Plattform eingesetzt, darunter die Automobilindustrie, der Energiesektor und andere. LPBF wird häufig in den gesamten Produktionsprozess integriert und ermöglicht einen nahtlosen Übergang vom Design zum fertigen Teil. Es spielt eine entscheidende Rolle innerhalb der allgemeinen Produktions- und Fertigungsprozesse, unterstützt effiziente Arbeitsabläufe und erzielt qualitativ hochwertige Ergebnisse. LPBF ist auch eines von mehreren additiven Fertigungsverfahren, die für die Herstellung von Metallteilen zur Verfügung stehen und einzigartige Vorteile hinsichtlich Präzision und Komplexität bieten.
Diese Technologie eignet sich sowohl für die Herstellung von Funktionsprototypen als auch für die Herstellung von technischen Teilen für den Endgebrauch, dank der eine breite Palette an Materialoptionen und verschiedenen Metallen - wie Titan, Aluminium, Edelstahl, Superlegierungen und Kobalt-Chrom -, die mit LPBF verwendet werden können.
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Während die Standardgröße für LPBF-Teile in der Regel 500 mm in der längsten Dimension beträgt, bieten wir hochmoderne LPBF-Drucker an, die bis zu 1,5 Meter in der längsten Dimension erreichen können. Mit diesen Fähigkeiten können Sie völlig neue Anwendungen im Prototyping, bei Ersatzteilen und in der Serienproduktion erschließen.
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Vizepräsident für additive Fertigung bei Siemens Energy
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Durch das kontrollierte Erwärmen und Abkühlen der Bauteile können die Materialeigenschaften gezielt an individuelle Anwendungsfälle angepasst werden.
Zusätzliche Farbe wird auf das gedruckte Bauteil aufgetragen, oft mithilfe eines professionellen Spritzsystems. Vor diesem Schritt werden gründliche Reinigungs- und Klarlackarbeiten durchgeführt, um höchsten Qualitätsstandards zu erfüllen.
Zu den CNC-Nachbearbeitungsoptionen gehören Drehen, Fräsen, Bohren und mehr. Die Vorteile umfassen dimensionale Stabilität, geringe Oberflächenrauheit und Flexibilität für kundenspezifische Anforderungen.
Ein Schleifmittel wird verwendet, um die Oberfläche eines Teils zu glätten. Durch Wiederholen dieses Prozesses in verschieden Stufen mit verringerter Rauheit des Schleifmittels erhält man eine glatte und polierte Oberfläche.
Bei diesem Verfahren werden die Bauteile in einem Behälter mit Schleifmitteln bearbeitet, wodurch sie entgratet, feingeschliffen und durch Vibration oder Rotation des Behälters poliert werden.
Unter hohem Druck wird ein abrasives Medium auf das Bauteil aufgebracht. Durch die Verwendung verschiedener Medien (z. B. Korund, Sand oder Glasperlen) können sowohl funktionelle (Erzielung einer bestimmten Oberflächenrauheit) als auch optische (Polieren der Oberfläche) Veredelungen durchgeführt werden.
Die LPBF-Technologie unterstützt eine Vielzahl von Metallpulvern, darunter Titan, Aluminium, Edelstahl und Kobaltchrom, die jeweils einzigartige Vorteile für verschiedene industrielle Anwendungen bieten. Die mechanischen Eigenschaften von LPBF-verarbeiteten Teilen werden von mehreren Faktoren bestimmt, wie z. B. der chemischen Zusammensetzung des Pulvermaterials, der Größe und Verteilung der Pulverpartikel und den spezifischen Verarbeitungsparametern, die während der Herstellung verwendet werden.
Typische Pulverpartikel für LPBF haben eine Partikelgröße zwischen 10 und 100 Mikrometern, und die Schichtdicke kann zwischen 10 und 200 Mikrometern eingestellt werden, um ein Gleichgewicht zwischen Oberflächenqualität und Baugeschwindigkeit herzustellen. Kritische Parameter wie Energiedichte, Scangeschwindigkeit und Pulverschichtdicke haben einen direkten Einfluss auf die Mikrostruktur, Dichte und Korrosionsbeständigkeit des fertigen Bauteils. LPBF-gefertigte Bauteile sind für ihre hohe Dichte und ihre ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften bekannt, wodurch sie sich für anspruchsvolle Umgebungen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und medizinische Implantate eignen. Während des Herstellungsprozesses sind oft Stützstrukturen erforderlich, um die Teile zu stabilisieren und eine gute Haftung auf der Bauplatte zu gewährleisten, insbesondere bei der Herstellung komplexer Geometrien. Durch die sorgfältige Kontrolle dieser Variablen liefert LPBF Teile mit hervorragender Oberflächenqualität und Leistung, die auf die Anforderungen moderner industrieller Anwendungen zugeschnitten sind.
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