Die vorliegende Seminararbeit beschäftigt sich mit einem der wichtigsten Verfahren im Bereich des Rapid Prototypings: dem selektiven Laserschmelzen. Nach einer kurzen Einleitung wird die Geschichte des SLM-Verfahrens erläutert, die von zahlreichen Patentstreiten und Firmenkooperationen geprägt ist. Aufgrund der Anzahl an verschiedenen Patenten ist das selektive Laserschmelzen heute unter vielen verschiedenen Namen in Verwendung. Anschließend werden die Grundprinzipien des selektiven Laserschmelzens erklärt, was entscheidend ist, um den Aufbau der Anlage besser verstehen zu können. Die wichtigsten Bestandteile bilden der Bauraum, Scanner und Laser, welche detailliert beschrieben werden.
Bei der Fertigung mit dem selektiven Laserschmelzen gibt es einige Punkte, die bei der Vorbereitung der Bauteile zu beachten sind, auf welche anhand der Produktion eines Radträgers näher eingegangen wird. Ist das Bauteil gefertigt, gilt es die geforderten Eigenschaften, unter anderem Oberflächenqualität und Zugfestigkeit, herzustellen, was beim Post-Processing erfolgt.
Nachfolgend wird aufgezeigt, welche geometrischen Genauigkeiten und Bauzeiten zu erwarten sind. Entscheidend für die Fertigung ist, welche Materialien verwendet werden können und welche Eigenschaften die gefertigten Bauteile bieten. Abschließend wird auf die Vor- und Nachteile des selektiven Laserschmelzens eingegangen.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Geschichte des selektiven Laserschmelzens
- 3. Funktionsprinzip der Bauteilerzeugung
- 4. Aufbau der Maschine
- 4.1. Bauraum
- 4.2. Scanner
- 4.3. Laser
- 4.3.1. Das Vektorverfahren
- 4.3.2. Das Rasterverfahren
- 4.4. Weitere Bestandteile der Maschine
- 5. Vorbereitung des Bauteils
- 5.1. Konstruktive Maßnahmen
- 5.1.1. Topologieoptimierung
- 5.1.2. Fertigungsgerechte Konstruktion
- 5.2. Positionierung im Bauraum
- 5.1. Konstruktive Maßnahmen
- 6. Nachbereitung des Bauteils
- 6.1. Behandlung der Oberfläche
- 6.1.1. Strahlschleifen
- 6.1.2. Gleitschleifen
- 6.2. Wärmebehandlung des Bauteils
- 6.1. Behandlung der Oberfläche
- 7. Erzielbare Bauzeiten und Genauigkeiten
- 8. Verwendete Materialien
- 8.1. Kunststoffpulver
- 8.1.1. Amorphe Kunststoffe
- 8.1.2. Kristalline Kunststoffe
- 8.2. Metallpulver
- 8.2.1. Stähle und Edelstähle
- 8.2.2. Kobalt-Chromlegierungen
- 8.2.3. Aluminiumlegierungen
- 8.2.4. Titanlegierungen
- 8.2.5. Nickelbasislegierungen
- 8.2.6. Weitere Metalle
- 8.1. Kunststoffpulver
- 9. Vorteile des selektiven Laserschmelzens
- 10. Nachteile des selektiven Laserschmelzens
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Seminararbeit befasst sich mit dem selektiven Laserschmelzen (SLM), einem wichtigen Verfahren im Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing. Die Arbeit erläutert die Geschichte des Verfahrens, seine Funktionsweise, den Aufbau der Maschine und die damit verbundenen Prozesse der Bauteilvorbereitung und -nachbereitung. Schwerpunkte liegen auf den erzielbaren Genauigkeiten, den verwendeten Materialien und einer abschließenden Betrachtung der Vor- und Nachteile des SLM-Verfahrens.
- Geschichte und Entwicklung des SLM-Verfahrens
- Funktionsweise und Aufbau der SLM-Maschine
- Vorbereitung und Nachbereitung von Bauteilen
- Verwendbare Materialien und deren Eigenschaften
- Vor- und Nachteile des SLM-Verfahrens
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung führt in die Thematik der additiven Fertigung und des Rapid Manufacturing ein. Sie hebt die Bedeutung metallischer Werkstoffe und die Herausforderungen bei deren Verarbeitung hervor. Das selektive Laserschmelzen wird als wichtiges Verfahren für die wirtschaftliche Herstellung komplexer Bauteilgeometrien, insbesondere für kleine Losgrößen, präsentiert. Die Fähigkeit, Bauteile mit nahezu der gleichen Dichte wie der Ausgangswerkstoff zu erzeugen, und die Verfügbarkeit einer Vielzahl an Materialien werden als zentrale Vorteile des SLM-Verfahrens genannt.
2. Geschichte des selektiven Laserschmelzens: Dieses Kapitel beleuchtet die Entstehungsgeschichte des selektiven Laserschmelzens, beginnend mit den Forschungsarbeiten am Fraunhofer Institut für Lasertechnologie (ILT) in Kooperation mit F&S Stereolithographietechnik und der Trumpf GmbH. Es beschreibt die frühen Entwicklungen, die Zusammenarbeit verschiedener Unternehmen wie MCP und die damit verbundenen Patentstreitigkeiten und -vereinbarungen, welche die heutige Verbreitung des Verfahrens unter verschiedenen Namen erklären. Die Entwicklung hin zu marktreifen Geräten und die Erweiterung der verwendbaren Materialien, wie Aluminium und Titan, werden detailliert dargestellt.
3. Funktionsprinzip der Bauteilerzeugung: Dieses Kapitel (laut Inhaltsverzeichnis) beschreibt vermutlich das grundlegende Prinzip des selektiven Laserschmelzens. Es wird im Detail auf die schichtweise Verarbeitung von Pulvermaterial durch den gezielten Einsatz eines Lasers eingegangen sein. Hierbei werden wahrscheinlich die physikalischen Prozesse der Materialschmelze und -verfestigung erläutert sowie die Parameter, welche die Qualität des Bauteils beeinflussen, wie Laserleistung, Scan-Geschwindigkeit und Schichtdicke.
4. Aufbau der Maschine: Dieser Abschnitt beschreibt den Aufbau einer SLM-Maschine, fokussiert auf die Hauptkomponenten wie Bauraum, Scanner und Laser. Die Funktionsweise des Scanners und die verschiedenen Laserverfahren (Vektor- und Rasterverfahren) werden detailliert erläutert. Zusätzlich werden die weiteren, für den Prozess essentiellen Maschinenkomponenten und deren Zusammenspiel im Herstellungsprozess dargestellt. Dies dient dem Verständnis des gesamten Herstellungsprozesses des selektiven Laserschmelzens.
5. Vorbereitung des Bauteils: Dieses Kapitel behandelt die notwendigen Schritte zur Vorbereitung eines Bauteils für den SLM-Prozess. Die konstruktive Gestaltung unter Berücksichtigung von Aspekten wie Topologieoptimierung und fertigungsgerechter Konstruktion wird erläutert. Der Einfluss der Positionierung des Bauteils im Bauraum auf den Fertigungserfolg und die Qualität des Endprodukts wird ebenfalls behandelt. Die Kapitel beschreibt die Anforderungen an das CAD-Modell und die notwendigen Vorbereitungen, die vor dem eigentlichen Fertigungsprozess getroffen werden müssen.
6. Nachbereitung des Bauteils: Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die Nachbearbeitung der mit SLM hergestellten Bauteile. Die Oberflächenbehandlung, wie Strahl- und Gleitschleifen, sowie die Wärmebehandlung werden ausführlich beschrieben. Die Bedeutung dieser Schritte für die Erzielung der gewünschten Materialeigenschaften und Oberflächenqualität wird hervorgehoben. Die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Nachbearbeitungsschritten und deren Einfluss auf die mechanischen und optischen Eigenschaften des Endprodukts werden analysiert.
7. Erzielbare Bauzeiten und Genauigkeiten: Dieses Kapitel präsentiert die erreichbaren Genauigkeiten und Bauzeiten beim selektiven Laserschmelzen. Es dürfte Informationen über die Einflussfaktoren, wie Bauteilgeometrie, Material und Prozessparameter, enthalten, die die Genauigkeit und Fertigungszeit beeinflussen. Wahrscheinlich werden auch Vergleichsdaten zu herkömmlichen Fertigungsverfahren präsentiert und die Grenzen des SLM-Verfahrens hinsichtlich Genauigkeit und Geschwindigkeit diskutiert.
8. Verwendete Materialien: Dieses Kapitel befasst sich mit den verschiedenen Materialien, die im selektiven Laserschmelzen verwendet werden können. Es differenziert zwischen Kunststoff- und Metallpulvern, wobei für Metalle die verschiedenen Legierungen (Stähle, Edelstähle, Kobalt-Chrom, Aluminium, Titan, Nickelbasislegierungen) detailliert aufgeführt und deren Eigenschaften im Zusammenhang mit den Anwendungsmöglichkeiten im SLM-Verfahren erklärt werden. Die Auswahl der geeigneten Materialien in Abhängigkeit von den Anforderungen an das Bauteil wird beschrieben.
9. Vorteile des selektiven Laserschmelzens: Hier werden die Vorteile des SLM-Verfahrens gegenüber traditionellen Fertigungsverfahren zusammengefasst. Es werden wahrscheinlich Aspekte wie die Herstellung komplexer Geometrien, die hohe Präzision, die Möglichkeit der individuellen Anpassung und die Einsparung von Material und Kosten beleuchtet.
10. Nachteile des selektiven Laserschmelzens: Abschließend werden die Nachteile des selektiven Laserschmelzens diskutiert. Dies beinhaltet wahrscheinlich Aspekte wie die Bauzeit, die Kosten der Maschine und des Materials, sowie die Notwendigkeit der Nachbearbeitung und die Beschränkungen in der Bauteilgröße.
Schlüsselwörter
Selektives Laserschmelzen (SLM), Additive Fertigung, Rapid Prototyping, Rapid Manufacturing, Metallpulver, Kunststoffpulver, Laser, Scanner, Bauteilvorbereitung, Bauteilnachbereitung, Oberflächenqualität, Zugfestigkeit, Bauzeit, Genauigkeit, Materialeigenschaften, Vor- und Nachteile.
Häufig gestellte Fragen zum Selektiven Laserschmelzen (SLM)
Was ist das Thema dieser Seminararbeit?
Diese Seminararbeit befasst sich umfassend mit dem selektiven Laserschmelzen (SLM), einem additiven Fertigungsverfahren im Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing. Sie untersucht die Geschichte, Funktionsweise, den Maschinenaufbau, die Bauteilvorbereitung und -nachbereitung, erzielbare Genauigkeiten, verwendbare Materialien sowie Vor- und Nachteile des SLM-Verfahrens.
Welche Kapitel umfasst die Seminararbeit?
Die Arbeit gliedert sich in zehn Kapitel: Einleitung, Geschichte des SLM, Funktionsprinzip der Bauteilerzeugung, Aufbau der Maschine (inkl. Bauraum, Scanner, Laser und weitere Bestandteile), Bauteilvorbereitung (konstruktive Maßnahmen und Positionierung), Bauteilnachbereitung (Oberflächenbehandlung und Wärmebehandlung), erzielbare Bauzeiten und Genauigkeiten, verwendete Materialien (Kunststoffe und Metalle), Vorteile des SLM und Nachteile des SLM.
Wie funktioniert das selektive Laserschmelzen (SLM)?
SLM ist ein additives Fertigungsverfahren. Es schichtet pulverförmiges Material (Metall- oder Kunststoffpulver) schichtweise auf und schmilzt diese mit einem Laser an den gewünschten Stellen. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das dreidimensionale Bauteil fertiggestellt ist. Es werden verschiedene Laserverfahren (Vektor- und Rasterverfahren) verwendet.
Welche Materialien können mit SLM verarbeitet werden?
SLM kann sowohl mit Kunststoffpulvern (amorphe und kristalline Kunststoffe) als auch mit verschiedenen Metallpulvern eingesetzt werden. Zu den Metallpulvern gehören Stähle, Edelstähle, Kobalt-Chrom-Legierungen, Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Nickelbasislegierungen und weitere Metalle.
Welche Vor- und Nachteile hat das SLM-Verfahren?
Vorteile: Herstellung komplexer Geometrien, hohe Präzision, individuelle Anpassung, Materialeinsparung, Kostenersparnis (insbesondere bei kleinen Losgrößen). Nachteile: Bauzeit, Kosten der Maschine und des Materials, Notwendigkeit der Nachbearbeitung, Beschränkungen in der Bauteilgröße.
Wie wird ein Bauteil für den SLM-Prozess vorbereitet?
Die Bauteilvorbereitung umfasst konstruktive Maßnahmen wie Topologieoptimierung und fertigungsgerechte Konstruktion. Das CAD-Modell muss entsprechend vorbereitet werden und die Positionierung des Bauteils im Bauraum ist entscheidend für den Fertigungserfolg.
Wie sieht die Nachbereitung von SLM-Bauteilen aus?
Die Nachbereitung beinhaltet Oberflächenbehandlungen (Strahlschleifen, Gleitschleifen) und gegebenenfalls eine Wärmebehandlung. Diese Schritte verbessern die Oberflächenqualität und die mechanischen Eigenschaften des Bauteils.
Welche Genauigkeiten und Bauzeiten sind mit SLM erreichbar?
Die erzielbaren Genauigkeiten und Bauzeiten hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie Bauteilgeometrie, Material und Prozessparametern. Die Seminararbeit beschreibt die Einflussfaktoren und wahrscheinlich auch Vergleichsdaten zu herkömmlichen Fertigungsverfahren.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Seminararbeit am besten?
Selektives Laserschmelzen (SLM), Additive Fertigung, Rapid Prototyping, Rapid Manufacturing, Metallpulver, Kunststoffpulver, Laser, Scanner, Bauteilvorbereitung, Bauteilnachbereitung, Oberflächenqualität, Zugfestigkeit, Bauzeit, Genauigkeit, Materialeigenschaften, Vor- und Nachteile.
Wo finde ich weitere Informationen zum SLM-Verfahren?
Diese Seminararbeit bietet einen umfassenden Überblick. Weitere Informationen können in der zitierten Literatur und in Fachartikeln zum selektiven Laserschmelzen gefunden werden.
- Arbeit zitieren
- Christoph Rother (Autor:in), 2019, Selektives Laserschmelzen. Betrachtung des Fertigungsverfahrens, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/998800
