3d-LASER SLM: Schicht für Schicht zum metallischen Funktionsteil

Wenn das Bauteil abgekühlt ist, wird es von der Trägerplatte gelöst – und die Stützstruktur wird entfernt.

„Wir haben die Entwicklungen im Bereich Additive Fertigung in den vergangenen Jahren aufmerksam verfolgt und analysiert, welchen Einfluss diese Technologie auf unser Portfolio haben kann“, erklärt Silvio Peschke, Geschäftsführer der 3D Laser BW. „Uns war schnell klar, dass es sich hier um einen zukunftsträchtigen Markt handelt – mit allen Chancen und Risiken.“ Als sich die Gelegenheit bot, in diesen Markt mithilfe eines erfahrenen Partners einzusteigen, zögerten die Oberflächenspezialisten deshalb nicht lange. „Oliver Wagner, Gründer und Geschäftsführer der auf Metall-Laserschmelz-Bauteile spezialisierten Firma 3D-Laser war auf der Suche nach einem Investor, und wir hielten Ausschau nach einer passenden Beteiligung“, so Peschke weiter. Daraus entstand zum 1. Januar 2018 die 3D Laser BW GmbH & Co. KG.

Die Geschäftsführung teilt sich Silvio Peschke mit Oliver Wagner, der verantwortlich für Technologie und das operative Geschäft zeichnet. „Eine Win-win-Situation für beide Seiten“, freut sich Oliver Wagner, der mit seinem zuletzt fünf Mitarbeiter starken Unternehmen seit 2011 die Produktion von Bauteilen im additiven Metall-Laserschmelz-Verfahren anbietet.

Mithilfe der Metall-Laserschmelz-Technologie lassen sich Direktbauteile für unterschiedliche Branchen fertigen.

Grenzenlose Komponentenvielfalt

Mithilfe der Metall-Laserschmelz-Technologie lassen sich Direktbauteile für unterschiedliche Branchen wie die Automobilindustrie, die Medizintechnik, den Sondermaschinen- sowie Werkzeug- und Formenbau fertigen. Und zwar Teile, die sich z. B. aufgrund ihrer komplexen Geometrien mit Hohl- oder Gitterstrukturen mit einem anderen Verfahren nicht herstellen lassen. „Beim Laserschmelzverfahren wird ohne Formen gearbeitet“, verdeutlicht Oliver Wagner. „Das heißt, Spezialwünsche oder Änderungen können schnell berücksichtigt und umgesetzt werden. Es müssen nicht, wie beim herkömmlichen Prototypenbau üblich, erst einmal aufwändig neue Werkzeuge hergestellt und Teile gegossen werden. Das spart Zeit, Kosten und Material.“

Dadurch, dass bisher notwendige Fertigungsschritte wegfallen, verkürzt sich die Durchlaufzeit. Zudem erzeugt der Prozess deutlich weniger Materialabfall, denn wo früher verlorene Modelle angefertigt und Werkzeuge erstellt wurden, kann jetzt direkt das Bauteil erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil dieses höchst präzisen Fertigungsverfahrens: Die gedruckten Bauteile können auch dank der Integration von Funktionen in nahezu allen Bereichen der Industrie gefräste und gedrehte Komponenten ersetzen. Dabei sind sie genauso langlebig und noch dazu deutlich leichter als diese.

„Bislang waren Konstrukteure oftmals – bedingt durch die konventionellen Verfahren – in der Gestaltung der Bauteile eingeschränkt. Durch das AM-Verfahren ergeben sich jetzt neue Möglichkeiten, wie z. B. Funktionen zu integrieren, Bauteilgruppen zusammenzufassen oder auch Kühlkanäle in Prototypen und Formen für Kunststoff und Druckguss einzubringen, wie es bisher so nicht möglich war“, unterstreicht Silvio Peschke den enormen Vorteil des AM-Verfahrens.

Auch Gitterstrukturen, die sich mit einem anderen Verfahren nicht herstellen lassen, können mit der Laserschmelz-Technologie gefertigt werden.

Direktdruck auf 3D-Datenbasis

Mit dem Schichtbauverfahren lassen sich in sehr kurzer Durchlaufzeit sowohl Funktionsprototypen, Erstmuster, Vorserienbauteile als auch kleine bis mittlere Serien herstellen. Dafür bringt ein 400-Watt-Laser Metallpulver zum Schmelzen – und zwar computergesteuert auf Basis von 3D-Daten und unter Schutzatmosphäre. „So wird das Bauteil Schicht für Schicht aufgebaut, wobei die Schichtstärken je nach Bauteil zwischen 0,02 und 0,1 mm variieren können“, betont Wagner. Je nach Größe und Beschaffenheit der Komponente dauert es zwischen einigen Stunden und mehreren Tagen, bis der Produktionsprozess abgeschlossen ist. „Anschließend trennen wir das abgekühlte Bauteil von der Trägerplatte und entfernen vorsichtig die Stützstrukturen“, erklärt er. Danach ist jede Art der mechanischen Nachbearbeitung möglich, sei es Fräsen oder Drehen, Schleifen oder Polieren. Und last but not least lassen sich die Metallkomponenten auf Wunsch auch beschichten.

Maßgeschneiderte Metallpulver

Die alles entscheidende Grundlage für die Bauteilfertigung per LBM-Verfahren ist das Metallpulver, das der Laser zur gewünschten Geometrie verschweißt. Diese Metallpulver aus Stahl müssen die vielfältigen Anforderungen erfüllen, die der Kunde an das Bauteil stellt. Dass sie zugleich für die AM-Maschinen verarbeitbar sein müssen, die das Unternehmen 3D Laser BW zur Produktion einsetzt, versteht sich von selbst.

Seit einigen Jahren entwickelt die Firma auf Kundenwunsch diese Pulver. „Die Anforderungen der Kunden an die Produkte und deren Variantenvielfalt nimmt stetig zu, doch die Anzahl der metallischen Pulver, die auf dem Markt erhältlich sind, ist begrenzt“, beschreibt Oliver Wagner den Grund dafür. Und so schafft er neue Pulver, die hinsichtlich Steifigkeit, Zugfestigkeit, Elastizität, Porosität und Oberflächenbeschaffenheit und ihres Einsatzes im Prototypenbereich oder in der Serie für jedes Bauteil maßgeschneidert sind. Bis ein solches Metallpulver passt, können – auch abhängig von Größe und Einsatzbereich der Komponente – mehrere Wochen und Monate ins Land gehen. Denn mit dem Pulver alleine ist es nicht getan: Es müssen Parameter entwickelt werden und die neuen Pulver müssen in zahlreichen Probeläufen beweisen, dass sie für den jeweiligen Fertigungsprozess geeignet sind. Haben sie diese Hürde genommen, steht ihrer Formgebung per Laser nichts mehr im Wege.