Innerhalb der Verfahren für 3D-Drucke wird zwischen selektivem Lasersintern (SLS) und selektivem Laserschmelzen (SLM) unterschieden. Beide Verfahren gehören zur Kategorie der Additiven Fertigungen und finden vor allem industriell Anwendung, wobei das selektive Lasersintern häufiger aufzufinden ist. Während bei diesem Kunststoffe das Ausgangsmaterial darstellen, sind es beim Laserschmelzen verschiedene Metalle. Beide Verfahren verwenden entsprechende Pulver, aus denen die gewünschten Projekte gefertigt werden, sowie eine Pulverbrettmethode.
SLS – Das selektive Lasersintern
Das Verfahren des selektiven Lasersinterns ermöglicht die Verwirklichung von funktionsfähigen Kunststoffprodukten, deren Entwurf unmittelbar aus 3D-Daten übernommen werden kann. Das Verfahren gehört dabei zum industriellen, additiven Schichtbauverfahren, das neben anderen Methoden am häufigsten Anwendung findet. Als Ausgangsmaterial dienen verschiedene Kunststoffe, die in Pulverform verarbeitet werden. Um eine Anpassung an den gewählten Einsatzbereich zu ermöglichen, erfolgt eine Wahl aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Das selektive Lasersintern macht das Drucken von funktionalen, dreidimensionalen Gegenständen möglich, die mittels eines oder mehrerer Laser aus Pulver gefertigt werden. Die einzelnen Partikel der verwendeten Materialien werden dabei durch den eingesetzten Laser miteinander verschmolzen. Anschließend wir die Bauplattform abgesenkt und erneut mit Pulver befüllt. Dieser Prozess wird solange fortgeführt, bis alle Schichten vervollständigt und der Gegenstand komplett gedruckt wurde. Das Pulverbrettverfahren ermöglicht die Konzeption komplizierter Geometrien, die ohne Stützelemente gefertigt werden können. Durch Glätten, Strahlen, Lackieren, Beschichten oder eine farbliche Infiltrierung kann die Oberfläche außerdem zusätzlich veredelt werden.
Das selektive Lasersintern gehört zur Gruppe der Additiven Fertigungen und stellt eine Form des Rapid Prototyping dar. Die Bauteile werden in kürzester Zeit fertiggestellt und können aus verschiedenen Kunststoffen bestehen. Fehlerquellen lassen sich bereits ab dem ersten Druck erkennen und können sofort behoben sowie angepasst werden. Die Fertigung erfordert zudem keine Werkzeuge und kann vollständig ohne solche von statten gehen. Auf diese Weise kann die Konzeption Ressourcen schonend, zeit- und kosteneffektiv gestaltet werden. Zusätzlich bietet das SLS eine gewisse Prozesssicherheit und erreicht durch die Möglichkeit der Verwendung von zehn Kunststoffen sowie acht Metallen eine Werkstoffvielfalt. Gleichzeitig entsteht eine konstruktive Freiheit, die eine Individualisierung sowie eine Funktionsintegration der gedruckten Produkte ermöglicht. Die Designfreiheit ermöglicht die Umsetzung komplexer und filigraner Ideen. Selbst innenliegende Teile, die beweglich bleiben, und Hohlräume wie beispielsweise Kühlkanäle sind realisierbar und enthalten keinerlei Nahtstellen. Zudem minimiert diese Fertigungstechnik den entstehenden Materialabfall, da die gesinterten Produkte keinen weiteren Zuschnitt benötigen. Letztendlich kann nicht gesintertes Pulver, das nach dem Produktionsprozess ungenutzt zurückbleibt, für andere Projekte verwendet werden und reduziert auf diese Weise die anfallenden Materialkosten.
SLM – Das selektive Laserschmelzen
Das Laserschmelzen leitet sich über die englische Bezeichnung des selective lasermelting ab und wird deshalb auch als SLM-Verfahren bezeichnet. Es bietet ein breites Spektrum an möglichen Materialien, die von Leichtmetallen über Edel- und Werkzeugstähle bis hin zu Superlegierungen reichen. Das Verfahren ermöglicht die neue Konzipierung bereits bestehender Konstruktionsprinzipien und erlaubt den Einbau einer Funktionalität in die Werkstücke. So können beispielsweise Werkzeugeinsätze integriert werden, deren konturnahe Kühlkanäle die Phasen des Produktionsprozesses verkürzen. Außerdem können funktionale Scharnieren, die eine innovative Kinematik aufweisen oder werkzeuglose Lösungen für dünnwändige sowie komplexe Blechkonstruktionen aus Aluminium oder Stahl erstellt werden.
Das Laserschmelzen basiert auf dem gleichen Verfahren wie das selektive Lasersintern. Es nutzt ebenfalls ein additives Pulverbrettverfahren und ermöglicht so einen vollständigen Verzicht auf weitere Werkzeuge bei der Produktion. Anstelle von Kunststoffpulvern finden allerdings verschiedene Metallpulver Anwendung. Nachdem das gewünschte Objekt durch CAD-Daten virtuelle konzipiert wurde, findet der Druck auf einer Bauplattform statt. Das selektive Laserschmelzen erreicht dabei hervorragende mechanische Kennwerte. Die gedruckten Gegenstände lassen sich deshalb ganz normal verwenden und weisen eine typische Belastbarkeit auf, die sich nicht von alternativen Fertigungsmethoden unterscheidet. Alle Möglichkeiten der Nachbehandlung, die sich bei alternativen Verfahren anbieten, stehen ebenfalls im Anschluss an das Laserschmelzen zur Verfügung.
Das selektive Laserschmelzen gehört wie das selektive Lasersintern in den Bereich der Additiven Fertigungen. Entgegen der konventionellen Herstellungsarten, bei denen Schichten zumeist abgetragen werden, erfolgt bei der Produktion dieser Art ein schichtweise erfolgender Aufbau. Dieser findet auf einer beweglichen Bauplatte statt, die die Basis für alle Werksgegenstände bildet sowie diesen eine stabile Unterlage während des Produktionsprozesses bietet. Wie auch beim selektiven Lasersintern können innenliegende Hohlräume sowie bewegliche Teile realisiert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, komplexe und filigrane Konstruktionen umzusetzen.
Das Verfahren ermöglicht insbesondere die Erstellung von Designideen sowie die Anfertigung neuer Formen, die die Projektentwicklung begleiten. So können diese unmittelbar am Modell getestet sowie veranschaulicht werden. Die Projekte erhalten auf diese Weise außerdem eine optische, funktionale sowie haptische Untersuchung auf Fehler und Mängel, die bei der bisherigen Konzeption nicht berücksichtigt wurden und werden realen Bedingungen ausgesetzt. Sollten Unangepasstheiten festgestellt werden, können diese direkt im CAD-Programm angepasst werden. Auf diese Weise wird eine zeiteffiziente Neuerstellung ermöglicht, die alle gefundenen Mängel sowie Fehler ausschließt. Die Vorteile des Laserschmelzens können unter der Ersparnis von Zeit- und Produktionskosten sowie der möglichen Fertigung nach Bedarf, die besonders Ressourcen schonend ist, festgehalten werden. Zusätzlich bieten sieben verschiedene Metalle, die als mögliches Ausgangsmaterial in Frage kommen, eine Vielfalt an Werkstoffen. Zuletzt ergibt sich durch das selektive Laserschmelzen eine Freiheit bezüglich der Konstruktion sowie eine beliebige Funktionsintegration der gedruckten Produkte.
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