Licht: Werkzeug mit Potential

In den letzten Jahren hat sich das Laserstrahlschmelzen, auch als Selective Laser Melting (SLM), Laser Cusing und Direct-Metal-Laser-Sintering (DLMS) bezeichnet, beträchtlich weiterentwickelt. Das Einsatzgebiet des Verfahrens hat sich vom Rapid Prototyping zur Prototypenfertigung auf das Rapid Tooling und Rapid Manufacturing ausgeweitet. Heute können Werkstoffe wie Edel- und Werkzeugstähle, Titan-, Aluminium-, Kobalt-Chrom-, und Nickelbasis-Legierungen, aber auch Keramiken verarbeitet werden. Diese Pulverwerkstoffe enthalten keinerlei Binder oder sonstige Zusätze, womit ihre Zusammensetzung derer konventionell hergestellter Werkstoffe entspricht. Mit diesen Materialien ist es nun möglich, dem immer stärkeren Trend zu individualisierten Produkten auch bei Massengütern zu entsprechen. Die für das Verfahren notwendigen Bauteilinformationen werden zunächst in Form eines 3-D-CAD-Modells bereitgestellt. Im nächsten Schritt der Prozessvorbereitung wird das Bauteilmodell mittels spezieller Software in übereinanderliegende Schichten definierter Schichtdicke zerlegt. Im letzten Schritt wird jede der Schichten in einzelne Laservektoren zerlegt. Der sich anschließende SLM-Prozess hat drei Phasen, die sich zyklisch wiederholen, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. In der ersten Phase wird die Substratplatte um eine im Vorfeld gewählte Schichtdicke, die typischerweise zwischen 10 µm und 60 µm beträgt, abgesenkt. In der zweiten Phase wird eine Schicht Metallpulver mit einer Auftragsvorrichtung auf die Substratplatte aufgebracht. In der dritten Phase wird das aufgebrachte Pulver unter Verwendung eines diodengepumpten Festkörper-Faserlasers vollständig aufgeschmolzen. Hierbei wird nicht nur die aufgetragene Pulverschicht aufgeschmolzen, sondern auch die darunterliegende und bereits erstarrte Materialschicht teilweise umgeschmolzen. Das so entstandene schmelzmetallurgische Material weist - bei optimierten Verfahrensparametern - eine relative Dichte von nahezu 100 Prozent auf. Doch nicht nur die physikalischen, auch die mechanischen Eigenschaften derart erzeugter Bauteile entsprechen nahezu denen gegossener Strukturen, sodass ein Seriencharakter annähernd erreicht wird