Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT SLM-Anlage: Low-Budget SLM-Maschine für KMU

Die FH Aachen und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT stellten eine neue Low Budget SLM-Anlage vor. Die Gemeinschaftsentwicklung mit dem GoetheLab der Fachhochschule Aachen ist vor allem für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) gedacht, für die eine kommerziell verfügbare Anlagentechnik für das Laserstrahlschmelzen aufgrund der hohen Investitionsanforderungen wirtschaftlich noch nicht infrage kommt.

Der 140 W Dieodenlaser ermöglicht bei einem Strahldurchmesser von 250 µm auch die Verarbeitung von Edelstahl.

Der 140 W Dieodenlaser ermöglicht bei einem Strahldurchmesser von 250 µm auch die Verarbeitung von Edelstahl.

Dawid Ziebura
Projektingenieur am Fraunhofer ILT.

„Die Low Budget Anlage erleichtert vor allem den Einstieg in den metallischen 3D-Druck. Die damit herstellbaren Bauteile eignen sich für viele, typische SLM-Applikationen.“

Konzernen fällt der Einstieg in die Additive Fertigung leicht. Sie können Experten einstellen, in neue teure Anlagentechnik investieren oder neue Unternehmensbereiche aufbauen. KMU prägen jedoch weitgehend die deutsche Industrielandschaft: Aktuelle Studien zeigen, dass das Wissen der KMU über die Chancen und Potenziale der Additiven Fertigung oft noch unzureichend ist. Teilweise orientiert sich die Wissensvermittlung auch nicht an den Anforderungen der KMU.

Mit ihrer sehr geringen Aufstellfläche und dem günstigen Preis bietet die Maschine besonders für KMUs eine attraktive Einstiegsmöglichkeite in die Additive Fertigung von Metallbauteilen.

Mit ihrer sehr geringen Aufstellfläche und dem günstigen Preis bietet die Maschine besonders für KMUs eine attraktive Einstiegsmöglichkeite in die Additive Fertigung von Metallbauteilen.

Durch Gitterstrukturen im Inneren lässt sich nicht nur Gewicht sparen, sondern auch die Bauzeit reduzieren.

Durch Gitterstrukturen im Inneren lässt sich nicht nur Gewicht sparen, sondern auch die Bauzeit reduzieren.

Zugang zum 3D-Drucken erleichtert

Hier kommt das Aachener Zentrum für 3D-Druck ins Spiel, das die Fachhochschule Aachen gemeinsam mit dem Fraunhofer ILT 2014 gegründet hat. Prof. Gebhardt, Leiter des Zentrums: „Unsere eng kooperierende Expertengruppe ermöglicht dem Mittelständler den Zugang zum 3D-Drucken.“ Das neue Zentrum unterstützt Unternehmen mit Schulungen, Beratung und Dienstleistungen im Bereich Additive Fertigung von der Bauteilkonstruktion über die Fertigung bis hin zur Nachbearbeitung.

Doch weil auch KMU neue Techniken gerne einsetzen, um Know-how im Betrieb aufzubauen, entstand in einem Projekt eine Low Budget SLM-Anlage für das Laserstrahlschmelzen (SLM: Selective Laser Melting). Bei der Demonstration erzeugte ein 140 W-Diodenlaser (Fokusdurchmesser von 250 μm) im Zusammenspiel mit einem kartesischen Achssystem komplexe Funktionsbauteile aus Metall mit einer maximalen Höhe von 90 mm und einem maximalen Durchmesser von 80 mm. Die Anlage benötigt eine Aufstellfläche von lediglich 1,3 x 0,8 x 1,4 m.

Der Bauraum der Anlage ermöglicht Bauteildimensionen von 80mm Durchmesser und 90 mm Höhe.

Der Bauraum der Anlage ermöglicht Bauteildimensionen von 80mm Durchmesser und 90 mm Höhe.

Der einfache Systemaufbau ermöglicht einen Selbstservice der Anlage, was die Betriebskosten zusätzlich senkt.

Der einfache Systemaufbau ermöglicht einen Selbstservice der Anlage, was die Betriebskosten zusätzlich senkt.

Ideal für den Einstieg

Eine vergleichbare Anlage in der Bauraumgröße kostet laut Dawid Ziebura, Projektingenieur am Fraunhofer ILT, mindestens EUR 100.000,-, während er bei der Low Budget SLM-Anlage mit einem späteren Verkaufspreis von etwa EUR 30.000,- rechnet. Für die Anlage spricht, dass sie sich leicht bedienen lässt und dass ein Anfänger die Bedienung innerhalb weniger Stunden erlernen kann. Alle eingesetzten Komponenten ermöglichen Selbstservice und lassen sich leicht austauschen. „Die Low Budget Anlage erleichtert vor allem den Einstieg in den metallischen 3D-Druck“, erläutert Ziebura. „Die damit herstellbaren Bauteile eignen sich für viele, typische SLM-Applikationen von Prototypen, Musterteilen bis hin zu Funktionsbauteilen.“

Der Anwender kann dabei selbst entscheiden, wie schnell und hochwertig die Anlage arbeitet. Sie kann z. B. eine mittelgroße Komponente (55 cm³) aus Edelstahl 1.4404 mit mehr als 99,5 % Dichte innerhalb von 12 Stunden aufbauen. Zusätzlich bietet die Anlage die Option, großvolumige Bauteilbereiche mit Gitterstrukturen zu füllen, um bei weniger beanspruchten Bereichen die Bauzeit zu verkürzen. So lässt sich die Bauzeit bei einer gewählten Gitterdichte von 20 % (entspricht 20 % des ursprünglichen Volumens) um etwa 60 % verkürzen.

Die Aachener wollen nun die Prozesszeit senken und die Belichtungsstrategien optimieren, um die Bauteilqualität weiter zu verbessern. Außerdem ist auch der 3D-Druck von Bauteilen aus Aluminiumlegierungen und Werkzeugstahl geplant.

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