Fachmagazin über 3D Druck

Selektives Sintern

Das selektive Sintern ist auch unter einigen anderen Namen bekannt: u.a.
Lasersintern, Sintern, selektives Lasersintern, Lasermelting oder Strahlschmelzen.
Da das Verfahren in seinen Anfangszeiten überwiegen mit Laserstrahlen arbeitete, ist der Begriff selektives Lasersintern bis heute am häufigsten gebräuchlich und hat sich inzwischen fast schon stellvertretend für alle anderen Bezeichnungen, welche selektives Sintern beschreibt, etabliert.
Als Erfinder dieser Technologie werden je nach Quellen zwei Personen genannt:
Ross Householder ließ das Verfahren 1979 erstmals patentieren. Carl Decker machte im Zuge seiner Beschäftigung an der Universität von Texas Ende der 1980er Jahre das Lasersintern kommerziell zugänglich und ließ sich dies ebenfalls patentieren. Das Unternehmen DTM (seit 2001 3D Systems) brachte 1992 das Verfahren schließlich erstmals auf den Markt.

Verfahrensprinzip selektives Sintern

Vom Grundprinzip basiert selektives Sintern auf den selben Vorgängen wie das 3D-Printing(3DP). So muss das Ausgangsmaterial, mit dem das Objekt erbaut werden soll, in Pulver- oder Granulatform vorliegen. Im Gegensatz zum 3DP, wo sich die Pulverkörnchen mittels Auftragen eines flüssigen Binders miteinander verbinden, schmiltz ein Laser-, Elektronen- oder Infrarotstrahl das Granulat punktell an bzw. auf, sodass die Partikel sich zu einem festen Objekt vereinen können.
Ein weiterer Unterschied zum 3DP ist die Temperatur des Granulats bzw. des Bauraums. Während das 3DP bei Raumtemperatur druckt, muss für selektives Sintern der Bauraum bzw. das Pulver/Granulat auf eine bestimmte Temperatur (abhängig von Material und verwendeter Hitzequelle) vorgeheizt werden. Die Temperatur, auf die die Baukammer gebracht werden muss, liegt nur wenige Grad unter dem Schmelzpunkt des Baumaterials. So muss die Energiequelle dem Granulat/Pulver nur noch wenig Energie zuführen, um dieses zu schmelzen.
Wie beim 3DP wird zu Beginn des Druckprozesses eine dünne Schicht des Baumaterials auf die Bauplattform aufgetragen und glattgestrichten. Anschließend wird das Pulver bzw. Granulat punktuell mit einer Energiequelle (z.B. Laser) bestrahlt. Sobald eine Schicht fertig gesintert wurde, senkt sich die Bauplattform um exakt die Höhe einer Einzelschicht nach unten hab, frisches Pulver/Granulat wird aufgetragen und der Bestrahlungsvorgang erfolgt erneut. Dieses Prozedere wiederholt sich,  bis das gewünschte 3D-Objekt fertig gedruckt ist.
Da auch hier wie beim 3D-Printing der Bauraum vollständig mit Pulver bzw. Granulat gefüllt ist, kommt auch das selektive Sintern ohne den Einsatz für Stützkonstruktionen aus.
Wie weit das Pulver/Granulat beim selektiven Sintern angeschmolzen wird ist maßgeblich entscheidend für die Oberflächenstruktur bzw. die Dichtheit des 3D-Modells. Wird das Baumaterial nur oberflächlich angeschmolzen, so ensteht wie beim 3D-Printing ein poröses Modell. Das vollständige (Auf-)Schmelzen der Partikel hingengen glättet die Oberfläche des 3D-Objekts und sorgt für ein nahezu 100%ig dichtes Bauteil. So lassen sich auch die unterschiedlichen Bezeichnungen für dieses Verfahren erklären. Beim einfachen oberflächlichen Anschmelzen der Pulverkörnchen spricht man eher vom selektiven Sintern, beim vollständigen Aufschmelzen der Partikel vom Strahlschmelzen oder „Selective Laser Melting“.
Gerade die Erzeugung nahezu dichter Objekte/Bauteile aus metallischen Werkstoffen macht dieses Verfahren gerade für die industrielle Anwendung interessant. So lassen sich mittels selektivem Sintern bzw. in der Form des Strahlschmelzens nicht nur Prototypen sondern auch Endprodukte oder belastbare Spezialanfertigungen beispielsweise für die Luft- und Raumfahrt erzeugen. Selektives Sintern ist demnach von hoher Bedeutung für die Industrie.

Stärken und Schwächen

Die nachfolgende Tabelle soll zusammenfassend die Stärken und Schwächen unter dem Oberbegriff von selektives Sintern näher beleuchten.

Stärken Schwächen
nahezu dichte Werkstücke Vorheizen der Baukammer
Objekte haben Endproduktcharakter Baukammer muss auskühlen
hohe Belastbarkeit der Objekte (termisch und mechanisch) ungewollten Wachsen des Modells
Materialvielfalt teure Anlagen
keine Stützkonstruktionen
Material teilweise wiederverwendbar

 

Schreib einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *