Madeleine Fiello Dezember 1, 2020

MANUFACTURING

30 Jahre Innovationen:
Selektives Lasersintern stärkt Nachhaltigkeit in der additiven Fertigung

Wir kommen zum letzten Blog-Beitrag in unserer Serie anlässlich des 30-jährigen Jubiläums von Materialise und betrachten heute eine langjährig zuverlässige Technologie: selective laser sintering (SLS). SLS ist bereits seit 1998 im Angebot bei Materialise und unser Team konnte mit dieser Technologie viele Anwendungen realisieren. Das vierte Jahrzehnt im 3D-Druck ist angebrochen, in dem die Nachhaltigkeit in der additiven Fertigung eine immer größere Rolle spielt. Für das Lasersintern steht unseren Kunden nun ein neues Material zur Verfügung, mit dem eine wirklich nachhaltige Fertigung möglich wird: Bluesint PA12.

Selektives Lasersintern ist eine beliebte und vielseitige Methode im 3D-Druck, die - wie der Name sagt - Partikel mithilfe von Lasern miteinander verbindet. Die Prozesse im Lasersintern sind leicht anpassbar, die erzeugte Qualität ist hoch und SLS lässt sich für eine große Vielfalt an Anwendungen einsetzen – von der Prototypenerstellung bis hin zur Serienfertigung.

Der Liebling der Industrie

SLS wird häufig im 3D-Druck eingesetzt und das hat gute Gründe. Bei erschwinglichen Kosten ist die Technologie zusätzlich schnell und präzise, also genau das, was immer gesucht wird und damit ein hervorragender Kandidat für die Serienproduktion.

„Ein Vorteil des Lasersinters ist die Produktivität. Da die Bauteile im Pulverbett gedruckt werden, sind keinerlei Supportstrukturen erforderlich. So kann jeder Baujob bis zum Letzten ausgereizt werden. Das ist insbesondere in der Serienfertigung wichtig, wo viele gleiche Bauteile in einem Durchgang gebaut werden können.

Ein weiterer Vorteil ist die Bauteilqualität. Im Vergleich zu Spritzguss-Bauteilen weisen SLS-Bauteile aus dem gleichen Material sehr gute mechanische Eigenschaften auf. Mit SLS lassen sich sehr stabile Bauteile drucken“, erläutert Giovanni Vleminckx, Research Project Manager bei Materialise.

Pulverbett im Selektiven Lasersintern (SLS)

Technologien, die mit einem Pulverbett arbeiten - wie auch SLS - können viele Bauteile in einem Baujob verarbeiten.

Das Lasersintern kann seine Stärken auch im Prototypenbau einbringen.

„Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen ist SLS auch schnell - absolut essenziell für die Prototypenerstellung. Da viele unterschiedliche Bauteile auf eine Bauplattform zusammen gepackt werden können, wird eine gute Auslastung erreicht, auch wenn es sich um einzelne Bauteile für unterschiedliche Kunden handelt - vorausgesetzt alle werden aus demselben Material gefertigt“, sagt Giovanni Vleminckx. „So lassen sich Vorlaufzeiten und Kosten drastisch reduzieren, denn die Basiskosten für einen Baujob teilen sich auf mehr Bauteile auf. Die additive Fertigung eignet sich hervorragend für das Rapid Prototyping und hier ist das Lasersintern noch einmal ganz besonders hervorzuheben.“

SLS – flexibel und vielseitig

Bei Materialise sind momentan sieben Materialien für SLS im Angebot mit einer großen Anzahl an Finishing-Optionen. Da SLS als Technologie so vielseitig und zuverlässig in ihren Einsatzmöglichkeiten ist, lassen sich die unterschiedlichsten Anwendungen realisieren: Von einer Krone für eine Königin über Akustik-Paneele bis hin zu Brillengestellen.

3D-gedruckte Kabeltrommel für den Einsatz in der Verkabelung von Flugzeugen
3D-gedruckte Brillengestelle von Yuniku
3D-gedruckter Hocker
3D-gedruckter Brautschleier

Das Lasersintern wird in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt wie Wearables, Automotive und Luft- und Raumfahrt.

Dabei hat es sich sowohl für Einzelprojekte als auch für die Serienfertigung bewährt. Diese Technologie bietet die Möglichkeit funktionale Scharniere oder ineinander greifende Bauteile zu drucken, und erlaubt es den Konstrukteuren daher, mit einem ganz neuen Blick an traditionelle Produkte heranzutreten. Beispiele hierfür sind der einzigartige Hocker ONE_SHOT.MGX oder der 2,7 Meter lange, 3D-gedruckte Brautschleier. Ausschlaggebend für die Wahl von SLS für dieses Projekt war nicht nur die Beweglichkeit sondern auch die Möglichkeit, den Schleier im Pulverbett gefaltet zu drucken, um so die notwendige Länge zu erreichen.

Für die Serienfertigung hat das Lasersintern sich bereits bei Eyewear bewährt. Bei Materialise setzen wir auch für Eyewear auf diese Technologie, da sich viele Bauteile pro Baujob drucken lassen und das mit hoher Qualität. Außerdem bietet SLS eine große Auswahl an Nachbearbeitungsmöglichkeiten bezüglich Farbgebung und Oberflächen-Finishes für die Kunden. Hinzu kommen die hervorragenden mechanischen Eigenschaften sowie gesundheitliche Unbedenklichkeit bei Hautkontakt, die im Endprodukt über den gesamten Lebenszyklus gewährleistet werden.

Mit neuem Material auf dem Weg in die Nachhaltigkeit

Bereits im Jahr 2014 stellte sich unser Team die Aufgabe, das Lasersintern nachhaltiger zu machen. Damals gab es bereits die Möglichkeit, recyceltes Pulver einzusetzen, aber nur, wenn es zuvor mit neuem Pulver gemischt wurde. So ließ sich eine Recyclingquote von maximal 50% erreichen. Gebrauchtes Pulver über diese Quote hinaus musste als Abfall entsorgt werden.

Mit Unterstützung der Europäischen Kommission und VLAIO begannen wir daraufhin, das Lasersintern immer weiter anzupassen, um einen zuverlässigen Prozess zu finden, bei dem 100 % recyceltes Pulver verwendet werden kann. Heute, sechs Jahre später, präsentieren wir ein neues Material, mit dem nachhaltiges Drucken Wirklichkeit wird: Bluesint PA 12.

Funktionaler Prototyp, 3D-gedruckt mit Bluesint PA12

Bluesint PA12 ist ideal für funktionale Prototypen

Bluesint verwendet das gleiche Pulver wie unser lasergesintertes PA12. Aber statt gebrauchtes Pulver zu entsorgen, füllen wir damit unsere speziell dafür ausgelegten SLS-Maschinen und drucken damit Bauteile mit beeindruckenden Eigenschaften.

Bevor dieser einzigartige Prozess durch unser Team möglich wurde, war es die mangelnde Bauteilqualität, die Hersteller davon absehen ließ, Maschinen nur mit recyceltem Pulver zu befüllen.

„Früher hatten Bauteile, die aus 100 % recyceltem Pulver gedruckt worden waren, eine Art ‚Orangenhaut‘ - also eine schlechtere Oberflächenqualität, die zu wellenartigen Texturen führte“, erläutert Tom Craeghs, Research Manager bei Materialise. „Wir haben viele Jahre Forschung benötigt, um Prozessanordnung und Parameter exakt so einzustellen, dass dieser Orangenhaut-Effekt nicht mehr eintritt.“

Gelöst wurde das Problem durch ein Dual-Laser-System, gesteuert durch Materialise-Software.

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Mit unserem neuen Lasersinter-Prozess haben Kunden jetzt eine wirklich nachhaltige Alternative zur Auswahl.
- Tom Craeghs, Research Manager, Materialise

„Da unsere SLS-Maschinen architekturell offen sind, konnte unser Team die Parameter schrittweise anpassen. Aus Versuch und Irrtum entstand schließlich die intelligente Scan-Strategie, mit der sich qualitativ hochwertige Bauteile rein aus wiederverwendetem Pulver bauen lassen“, erklärt Tom Craeghs. „Dank der Expertise unseres Teams, unserem Build Processor für die Anpassung der Parameter und der Materialise Control Platform zur Prozesssteuerung konnten wir einen Lasersinter-Prozess aufsetzen, der unseren Kunden eine wirklich nachhaltige Lösung zur Wahl stellt.“

Wir bieten damit eine ökologisch verantwortungsvolle Variante unseres PA12, das außerdem die gleichen mechanischen Eigenschaften in Bezug auf Steifigkeit, Festigkeit, langfristige Haltbarkeit und chemische Beständigkeit aufweist. Der einzige Unterschied liegt in der Beschaffenheit der Oberfläche. Bauteile, die mit Bluesint PA12 gedruckt werden, haben eine etwas rauere Oberfläche, sodass sie besonders für funktionale Prototypen geeignet sind. Und da der Zweck von Prototypen nur in der Validierung von Konstruktion und Design liegt, bietet Bluesint eine hervorragende Möglichkeit, die Prototypenerstellung nachhaltiger zu gestalten.

Vor dem Hintergrund dieser wertvollen Erkenntnisse arbeitet unser Team bereits daran, auch für andere SLS-Materialien nachhaltige Varianten herzustellen. Möchten Sie bei der endgültigen Validierung von Bluesint PA12 mitmachen? Melden Sie sich jetzt für unser Beta-Programm an, und testen Sie Bluesint an Ihren eigenen Prototypen. Seien Sie dabei, wenn der Bluesint-Prozess für die endgültige Markteinführung finalisiert wird.

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