selektives Lasersintern, Proto Labs

Proto Labs bietet zahlreiche Werkstoffoptionen für den 3D-Druck, die regelmäßig erweitert werden, um aktuelle Prototyping- und Modellerstellungsbedürfnisse zu decken. Beim SLS stehen vier verschiedene Nylonwerkstoffe für unterschiedliche Steifigkeits- und Duktilitätsniveaus zur Verfügung. - Bild: Proto Labs

Das selektive Lasersintern (SLS) ist ein industrielles 3D-Druckverfahren zur Herstellung genauer Prototypen und funktionsfähiger Produktionsteile in bereits einem Tag. Es stehen zahlreiche Polyamid-basierte Werkstoffe zur Verfügung, mit denen sich äußerst langlebige Teile herstellen lassen.

Auch wichtig: Die Materialauswahl im 3D-Druck

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So funktioniert die Technik

Zuerst sintert die SLS-Maschine die einzelnen Schichten der Teilegeometrie in ein beheiztes Bett aus Polyamid-basiertem Pulver. Nachdem jede Schicht verschmolzen wurde, bewegt sich eine Rakel über das Bett, um die nächste Pulverschicht zu verteilen. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gesamte Bauteil fertig gestellt ist

Anschließend wird das gesamte Pulverbett mit den eingekapselten Bauteilen in eine Auspackstation gebracht, wo es angehoben und die Teile aus dem Bett herausgebrochen werden.

Zunächst wird das lose Pulver durch manuelles Abbürsten grob entfernt. Anschließend werden die Teile perlgestrahlt, um zurückgebliebene Pulverreste zu entfernen, bevor sie schließlich die Abteilung für die Oberflächenbehandlung erreichen.

Voll funktionsfähige Teile

SLS ist ein naher Verwandter des direkten Metall-Lasersinterns (DMLS), baut aber Teile aus Kunststoff anstatt Metall. Beim SLS kommt ein computergesteuerter CO2-Laser zum Einsatz, während für DMLS ein Festkörper-Faserlaser verwendet wird. Beide „zeichnen“ Schichten eines CAD-Modells in einem Werkstoffbett und verschmelzen dabei schichtweise Materialteilchen im Mikrometerbereich.

SLS benötigt keine der beim DMLS typischen Stützstrukturen. Anders als bei der Stereolithographie (SL) – dem dritten lasergestützten additiven Fertigungsverfahren bei Proto Labs – stellt SLS unter Verwendung von hochwertigem Nylon voll funktionsfähige Teile her.

Es ist im Grunde das einzige additive Fertigungsverfahren, mit dem Filmscharniere und Schnappverbindungen geschaffen werden können. Diese Merkmale können zwar auch mit SL produziert werden, das Ergebnis ist aber viel bruchempfindlicher und hat nicht die Lebenserwartung der mit SLS produzierten Teile. SLS ist daher hervorragend zur Fertigung von Prototypen für spätere Spritzgussteile und in einigen Fällen sogar als alternatives Verfahren zur Kleinserienfertigung durch Gießen geeignet.

Proto Labs, selektives Lasersintern
Grafik: Proto Labs

Im Nylon verwurzelt

Wie bei jedem additiven Verfahren ist es auch beim selektiven Lasersintern wichtig, dass man die vielen damit verbundenen Designüberlegungen versteht. Eine davon ist der Werkstoff.

Trotz ihres weiten Anwendungsbereichs sind alle SLS-Teile derzeit auf Nylonwerkstoffe beschränkt – denselben Kunststoffen, die in Befestigungselementen, kugelsicheren Westen, Bratpfannen und Tausenden anderen Alltagsgegenständen verwendet werden. Proto Labs bietet diese vielseitigen Polymere in verschiedenen Qualitäten an:

PA 12: Dieser Werkstoff ist sowohl steif als auch hoch belastbar und wird häufig für Luftführungen, Sportartikel und ähnliche Produkte verwendet. Es hat eine saubere, weiße Oberfläche, allerdings mit einer geringfügig raueren Oberflächenstrukturierung als andere Nylonarten.

Es bietet hohe Schlagfestigkeit und Temperaturbeständigkeit, ist sehr strapazierfähig und resistent gegen Umwelteinflüsse. PA 12 hat auch einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eignet sich daher für viele Arten von Zahnrädern und Lagern.

Proto Labs nimmt ständig neue Werkstoffe ins Portfolio auf, um die Vielfalt für seine Kunden zu verbessern. Das aktuell verfügbare Sortiment von Proto Labs finden Sie hier.

Steuerung des Bauprozesses

Die von Proto Labs angebotenen Nylonwerkstoffe zählen zu den beliebtesten und decken viele verschiedene Anwendungsbereiche ab, obwohl einige mineral- und glasfasergefüllten Varianten nachziehen. Ein effektives Teiledesign umfasst weit mehr als nur die Werkstoffauswahl. Maßnahmen gegen die bei additiven Verfahren typische Wellen während des Baus und Verzug nach dem Bau sind für eine gute Teilequalität von höchster Bedeutung.

Ein Großteil dieser Gegenmaßnahmen fallen Proto Labs zu. Um die Teile gerade und genau ausgerichtet zu halten, stellen die Proto Labs Techniker Teile in der Baukammer oft ein wenig schräg. Zum Beispiel wird beim Entwurf eines Gehäuses für eine tragbare Videospielkonsole lediglich eine Neigung von 10 bis 15 Grad auf der x- und y-Achse während des Baus benötigt, um die Wände rechtwinklig und den Gehäusedeckel reibungslos passend zu halten.

Es muss aber unbedingt beachtet werden, dass es infolge dieser Methode zu einer „Stufenbildung” kommen kann. Es ist daher wichtig, dass Anwender die kosmetischen Oberflächen in Ihrem Entwurf kennzeichnen, bevor Sie ihn zur Angebotserstellung und Analyse an Proto Labs senden.

Für besonders komplizierte Teile können Rippen zur Verstärkung großer flacher Oberflächen verwendet werden. Wenn beispielsweise das Design der tragbaren Spielkonsole einen dünnen Deckel erfordert, wird mit einem Waben- oder Schachbrettmuster an der Innenseite nicht nur der Deckel verstärkt, sondern auch eine Senkung der Materialkosten und eine Reduktion des möglichen Verzugs erzielt.

Designüberlegungen

Viele der beim Spritzguss angewendeten Regeln gelten auch für SLS und machen das selektive Lasersintern daher zur soliden Wahl für Teile, die irgendwann gegossen werden. Die Verwendung von Lochwülsten und Stützstreben und die Vermeidung dicker Querschnitte sind gute Praktiken für jedes dieser Fertigungsverfahren. Weitere Designüberlegungen sind:

  • Einfügen von abgerundeten Ecken, wo Wände aufeinandertreffen, um Spannungen zu reduzieren.
  • Eine gleichförmige Wandstärke — wir empfehlen zwischen 1,5 mm und 3,8 mm — zur Verringerung der Verformung während des Baus und zur Reduktion des Verwindungspotentials
  • Integrieren von Rippen zur Verringerung von Verzug

Wo spritzgegossene Teile umspritzte Metallbuchsen oder Gewindeeinsätze enthalten können, erzielen SLS-Teile eine vergleichbare Funktionalität durch mittels „Heat-Staking“ eingefügter Einsätze. Beim Beispiel der Spielkonsole können Gewindeeinsätze mit entsprechender Wärme- und Druckanwendung als sekundärem Prozess an jeder Gehäuseecke eingefügt werden, um eine feste Baugruppe zu erhalten.

Proto Labs bietet zahlreiche weiterführende Dienstleistungen an, mit deren Hilfe Kunden Design oder Endverarbeitung Ihres 3D-gedrucktes Projekt weiter optimieren können. 

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