Selektives Laserschmelzen (SLM)

Komplexe Metallbauteile werkzeuglos und endkonturnah fertigen

Mit Metall 3D-Druck im SLM-Verfahren fertigen wir komplexe Prototypen, Einzelteile und Kleinserien direkt aus Metallpulver. Das Selektive Laserschmelzen ermöglicht endkonturnahe Bauteile mit innenliegenden Kanälen, Leichtbaustrukturen und funktionsintegrierten Geometrien, die sich konventionell nur mit hohem Aufwand oder gar nicht herstellen lassen.

Das Verfahren eignet sich besonders für technisch anspruchsvolle Metallbauteile, bei denen die additive Konstruktion einen klaren funktionalen oder wirtschaftlichen Vorteil bietet. Zusätzlich können Funktionsflächen, Passungen und Gewinde anschließend durch 3- oder 5-Achs-CNC-Bearbeitung präzise nachbearbeitet werden.

Was ist Selektives Laserschmelzen?

Das Selektive Laserschmelzen, kurz SLM, ist ein pulverbettbasiertes Verfahren für den industriellen Metall-3D-Druck. Die fachliche Verfahrensbezeichnung lautet laserstrahlbasierte Pulverbettfusion von Metallen, kurz PBF-LB/M.

Zu Beginn wird eine dünne Schicht Metallpulver auf einer Bauplattform verteilt. Anschließend schmilzt ein Laser die für das Bauteil erforderlichen Bereiche vollständig auf. Danach senkt sich die Bauplattform ab und eine weitere Pulverschicht wird aufgetragen.

Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Metallbauteil vollständig Schicht für Schicht aufgebaut ist. Nach dem Bauprozess werden das überschüssige Pulver und die notwendigen Stützstrukturen entfernt. Abhängig von Werkstoff und Bauteilanforderung folgen anschließend Wärmebehandlung, Oberflächenbearbeitung oder CNC-Nachbearbeitung.

Metall-3D-Druck für Prototypen und Kleinserien

Mit SLM lassen sich Metallprototypen, funktionsfähige Einzelteile und Kleinserien ohne formgebendes Werkzeug herstellen. Dadurch eignet sich das Verfahren für Entwicklungsprojekte, Sonderbauteile und Anwendungen mit kleinen oder wiederkehrenden Stückzahlen.

Typische Einsatzbereiche sind:

• funktionsfähige Metallprototypen
• komplexe Einzelteile und Sonderbauteile
• Vorserien und Metall-Kleinserien
• Bauteile mit innenliegenden Kanälen
• topologieoptimierte Leichtbauteile
• funktionsintegrierte Komponenten
• Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung
• Ersatzteile und nicht mehr verfügbare Komponenten
• Bauteile mit hohem Zerspanungs- oder Montageaufwand

Konstruktionsänderungen können direkt in den 3D-Daten umgesetzt werden. Deshalb lassen sich unterschiedliche Entwicklungsstände und Varianten ohne die Änderung eines formgebenden Werkzeugs fertigen.

Wann ist Metall 3D-Druck wirtschaftlich?

Der Metall 3D-Druck ist nicht automatisch für jedes Metallbauteil wirtschaftlich. Einfache Fräs-, Dreh-, Blech- oder Gussteile lassen sich mit konventionellen Verfahren häufig günstiger herstellen.

SLM bietet seine größten Vorteile, wenn die additive Fertigung einen funktionalen Mehrwert ermöglicht oder mehrere konventionelle Fertigungsschritte ersetzt. Das gilt insbesondere bei:

• komplexen Geometrien mit hohem Zerspanungsaufwand
• innenliegenden Kanälen und Hohlräumen
• Bauteilkonsolidierung und reduzierter Teileanzahl
• topologieoptimierten Leichtbaustrukturen
• kleinen Stückzahlen ohne Werkzeug
• individuellen oder häufig wechselnden Varianten
• schwer bearbeitbaren Werkstoffen
• langen Beschaffungszeiten konventioneller Sonderteile
• Funktionsflächen, die konventionell nicht erreichbar sind

Die Fertigungskosten sind nicht grundsätzlich unabhängig von der Bauteilkomplexität. Entscheidend sind unter anderem Bauteilvolumen, Bauhöhe, Stützstrukturen, Orientierung, Werkstoff, Nachbearbeitung und die Auslastung des Bauraums.

Deshalb prüfen wir vorab, ob Selektives Laserschmelzen technisch sinnvoll und wirtschaftlich vertretbar ist.

Konstruktive Vorteile des SLM-Verfahrens

Das SLM-Verfahren eröffnet zusätzliche konstruktive Möglichkeiten, weil das Bauteil nicht durch klassische Werkzeuge oder die Zugänglichkeit eines Fräsers begrenzt wird.

Mögliche Vorteile sind:

• Gewichtsreduzierung durch Topologieoptimierung
• bionische und lastgerechte Strukturen
• integrierte Kühl-, Medien- oder Strömungskanäle
• Zusammenführung mehrerer Einzelteile zu einem Bauteil
• reduzierte Anzahl an Fügestellen und Montageschritten
• Herstellung komplexer Hohl- und Gitterstrukturen
• individualisierte Bauteile und Varianten
• endkonturnahe Fertigung mit reduziertem Materialabtrag

Damit diese Vorteile tatsächlich genutzt werden können, muss das Bauteil für den Metall-3D-Druck konstruiert werden. Eine unveränderte Übertragung konventionell gefertigter Bauteile führt dagegen nicht immer zu einem wirtschaftlichen Ergebnis.

Werkstoffe für den Metall-3D-Druck

Für das Selektive Laserschmelzen stehen verschiedene metallische Werkstoffe und Legierungen zur Verfügung. Die konkrete Auswahl richtet sich nach mechanischer Belastung, Temperatur, Korrosionsbeständigkeit, Gewicht, Wärmeleitfähigkeit und vorgesehener Nachbearbeitung.

Typische SLM-Werkstoffe sind:

• Aluminiumlegierungen, beispielsweise für leichte und thermisch belastete Bauteile
• Edelstahl, beispielsweise für korrosionsbeständige Funktionsbauteile
• Werkzeugstahl, beispielsweise für Werkzeugeinsätze und hochbelastete Komponenten
• Titanlegierungen, beispielsweise für leichte Bauteile mit hoher spezifischer Festigkeit
• Nickelbasislegierungen, beispielsweise für hohe thermische und mechanische Belastungen
• Kobalt-Chrom-Legierungen, beispielsweise für verschleiß- und temperaturbeanspruchte Bauteile
• Kupferlegierungen, beispielsweise für Anwendungen mit hoher thermischer oder elektrischer Leitfähigkeit

Materialverfügbarkeit, Legierung und Prozessparameter stimmen wir auf die Anforderungen des jeweiligen Bauteils ab.

SLM-Bauteile mit innenliegenden Kanälen

Ein wichtiger Anwendungsbereich des Metall-3D-Drucks sind Bauteile mit innenliegenden Kanälen und komplexen Hohlräumen. Dazu gehören beispielsweise Kühlkanäle, Medienführungen, Wärmetauscherstrukturen und strömungsoptimierte Geometrien.

Beim Werkzeugbau können konturnahe Kühlkanäle näher an der späteren Bauteilkontur entlanggeführt werden. Dadurch lassen sich abhängig von der Anwendung Temperaturführung, Kühlwirkung und Prozessstabilität verbessern.

Bereits während der Konstruktion müssen jedoch Entpulverbarkeit, Kanalquerschnitte, Bauteilorientierung und mögliche Stützstrukturen berücksichtigt werden.

Leichtbau und Topologieoptimierung mit SLM

Das Selektive Laserschmelzen eignet sich für topologieoptimierte Metallbauteile, bei denen Material gezielt entlang der tatsächlichen Belastungspfade angeordnet wird. Dadurch kann das Bauteilgewicht reduziert werden, ohne die erforderliche Funktion grundsätzlich aufzugeben.

Zusätzlich können Gitterstrukturen, lokale Verstärkungen und bionisch inspirierte Geometrien integriert werden. Besonders interessant ist dies für bewegte Bauteile, Vorrichtungen, Robotik, Fahrzeugtechnik sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Ob der Gewichtsvorteil den zusätzlichen Konstruktions- und Fertigungsaufwand rechtfertigt, muss für jedes Bauteil separat bewertet werden.

CNC-Nachbearbeitung von SLM-Bauteilen

SLM-Bauteile werden endkonturnah gefertigt. Für Passungen, Dichtflächen, Lagerstellen, Gewinde und andere präzise Funktionsbereiche ist jedoch häufig eine spanende Nachbearbeitung erforderlich.

Abhängig von der Bauteilgeometrie sind unter anderem folgende Bearbeitungsschritte möglich:

• 3- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung
• Fräsen und Bohren
• Einbringen und Nacharbeiten von Gewinden
• Schleifen und Polieren
• Strahlen und Gleitschleifen
• Wärmebehandlung
• Bearbeitung definierter Funktions- und Dichtflächen

Bereits bei der Datenprüfung berücksichtigen wir Bearbeitungszugaben, Aufspannmöglichkeiten und die Zugänglichkeit kritischer Flächen. Dadurch werden additive Fertigung und CNC-Nachbearbeitung von Anfang an aufeinander abgestimmt.

Vorteile des Metall-3D-Drucks mit SLM

• Metallprototypen und Kleinserien ohne formgebendes Werkzeug
• komplexe und funktionsintegrierte Bauteilgeometrien
• innenliegende Kanäle und Hohlstrukturen
• Gewichtsreduzierung durch Topologieoptimierung
• Zusammenführung mehrerer Einzelteile
• endkonturnahe Fertigung
• unterschiedliche Metalllegierungen verfügbar
• CNC-Nachbearbeitung präziser Funktionsflächen
• schnelle Umsetzung von Varianten und Konstruktionsänderungen
• ein zentraler Ansprechpartner für das komplette Bauteil

Ist mein Bauteil für Selektives Laserschmelzen geeignet?

Ob ein Bauteil für den SLM-3D-Druck geeignet ist, hängt nicht allein von der geometrischen Machbarkeit ab. Für eine fundierte Bewertung prüfen wir unter anderem:

• Bauteilabmessungen und Materialvolumen
• Werkstoff und geforderte Eigenschaften
• Wandstärken und filigrane Strukturen
• innenliegende Kanäle und Entpulverbarkeit
• Bauteilorientierung und Stützstrukturen
• Toleranzen und Oberflächenanforderungen
• notwendige Wärme- und Nachbehandlungen
• CNC-Zugänglichkeit kritischer Funktionsflächen
• Stückzahl und Wiederholbedarf
• alternative Fertigungsverfahren

So erhalten Sie eine belastbare Einschätzung, ob Metall-3D-Druck der passende Fertigungsweg ist oder eine andere Technologie wirtschaftlicher wäre.

Metall-3D-Druck-Projekt anfragen

Sie benötigen einen Metallprototyp, ein komplexes SLM-Bauteil oder eine Kleinserie aus Metall? Senden Sie uns Ihre 3D-Daten sowie Angaben zu Werkstoff, Stückzahl, Bauteilfunktion, Toleranzen, Oberfläche und gewünschtem Liefertermin.

Wir prüfen die Machbarkeit, den geeigneten Werkstoff, die additive Ausrichtung und die erforderliche Nachbearbeitung. Sprechen Sie mit uns über Ihr Metall-3D-Druck-Projekt.