30 Jahre Innovationen: Selektive Lasersinterung stärkt Nachhaltigkeit in der additiven Fertigung

2020 feierten wir den 30-jährigen Geburtstag von Materialise. Unsere 30 Jahre Innovationsblogserie hebt einige der verschiedenen 3D Drucktechnologien hervor, die unseren Kunden geholfen haben, im Lauf der Jahre ihre Ambitionen zu erreichen und zeigt, dass es keinen einheitliche Herangehensweise an den 3D-Druck gibt. Dieses Mal ist selektives Lasersientern an der Reihe. 

Lasersinterung ist eine beliebte und vielseitige Methode im 3D-Druck, die – wie der Name sagt – Pulverpartikel mithilfe von Lasern miteinander verbindet. Die Prozesse beim 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. 

Selektives Lasersintern wird recht oft beim 3D-Druck verwendet - und das aus gutem Grund. 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 Lasersinterns ist seine 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. Selektives Lasersintern erstellt robuste Teile," erklärt Giovanni Vleminckx, Forschungsprojektmanager bei Materialise. 

Das Lasersintern kann seine Stärken auch im Prototypenbau einbringen.  

„Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen ist Lasersintern 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.  

„So lassen sich Vorlaufzeiten und Kosten drastisch reduzieren, denn die Basiskosten für einen Baujob teilen sich auf mehrere Bauteile auf. AM ist fantastisch für rasche Prototypherstellung und dieser Wert ist duch selektives Lasersintering erkennbar." 

Bei Materialise bieten wir zurzeit sieben Materialien für selektives Lasersintern und viele andere Finishes. Da SLS als Technologie so vielseitig und zuverlässig in ihren Einsatzmöglichkeiten ist, lassen sich die unterschiedlichsten Anwendungen realisieren:Von der Krone einer Königin über akustische Paneele bis hin zu Brillengestellen. 

Dabei hat Lasersintern 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. Zusätzlich zu dieser Mobilität wurde selektives Lasersintern gewählt, weil der Hochzeitsschleier über sich selbst gefaltet gedruckt werden konnte, mit dem Pulverbett, um die Länge zu erstellen. 

Für die Serienfertigung hat das Lasersintern sich bereits bei Brillen 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 selektives Lasersintern den Stil und die Zuverlässigkeit, den Kunden bei ihren Brillen brauchen, dank einer Vielzahl von Farben und Finishes, eindrücklichen mechanischen Eigenschaften und Sicherheit beim Hautkontakt, die während der gesamten Lebenszeit des Accessoires andauert. 

Schon 2014 fragte unser Team, wie wir selektives Lasersintern nachhaltiger machen könnten. 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 leider 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. 

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. 

„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." 

Jetzt können wir eine umweltbewusste Version unseres PA12 bauen, welche dieselben mechanischen Eigenschaften bietet. Wenn Sie die zwei Materialien vergleichen sind Steifheit, Stärke, langfristige Stabilität und chemische Widerstandsfähigketi gleich - der einzige Unterschied ist die Oberflächenqualität. 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.