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Technologien in der additiven Fertigung

3D Sintern

Die Industrie 4.0 ist schon längst in vielen Industriebereichen angekommen. Neben digitalen Entwicklungen gehören auch verschiedenen Technologien in der additiven Fertigung dazu – also die Herstellung von einsatzfähigen Bauteilen aus dem 3D-Drucker.

FKM ist ein hessisches Unternehmen, welches bereits seit 1994 als einer der Pioniere für verschiedene additive Fertigungstechniken gilt. Der Schwerpunkt liegt auf dreidimensionalen, pulverbettbasierten Schichtbauverfahren. Verwendet werden verschiedene Metalle und Polymere, abhängig von der geplanten Verwendung des fertigen Bauteils.

Aktuell führt FKM insgesamt 17 Materialien in Pulverform im ständigen Materialsortiment. 

Welche additiven Fertigungsverfahren gibt es bei FKM?

FKM hat sich dem Lasersintern (bei Kunststoffen) und dem Laserschmelzen (bei Metallen) verschrieben – beides Gebiete, auf denen das Unternehmen wegweisend und stets technisch up-to-date ist.

Die Produkte, die bei den beiden Verfahren SLS (selektives Lasersintern) und SLM (selektives Laserschmelzen) entstehen, sind funktionsfähig und voll einsatzbereit. Das Aufkommen der Schichtbaufertigung bedeutete einen revolutionären Umdenkprozess in der Industrie.

Konventionell werden Werkzeuge und Bauformen im spanenden, also abtragenden, Verfahren hergestellt, was viel Materialverlust und hohe Kosten mit sich bringt.

Dank der neuen Laserverfahren werden enorme Materialkosten eingespart. Außerdem ermöglichen die beiden Verfahren, auf die sich FKM erfolgreich spezialisiert hat, völlig neue Design- und Konstruktionsideen. Ein weiterer Vorteil der additiven, aufbauenden Fertigung ist die Zeit- und Kosteneffizienz.

Was vorher in vielen Schritten getan werden musste, entsteht nun in nur einem einzigen Arbeitsgang mit wenig Materialverlust.

Der Produktionsprozess

Bei beiden Schichtbauverfahren wird das Werkstück zunächst im CAD-Programm erschaffen, bevor der Laser das ausgewählte Pulver auf der Bauplattform punktgenau nach Computerberechnungen verschmilzt. Die zugrundeliegende Idee ist sowohl beim Lasersintern als auch beim Laserschmelzen identisch – das schichtweise Aufbauen eines Gegenstands. 

Im Bauraum einer jeden Maschine befindet sich eine bewegliche Bauplattform. Diese senkt sich schichtweise ab. Nach jedem Herabsenken der Bauplattform wird zunächst eine dünne Schicht des jeweils ausgewählten Polymer-Pulvers aufgetragen.

Dieses wird anschließend durch den Laser punktgenau und entlang der von der CAD-Software vorgegebenen Strukturen verschmolzen. Schicht für Schicht entsteht so das vorher geplante Objekt.

Das Pulver, das nicht verschmolzen wurde, kann anschließend für weitere Druckprojekte verwendet werden, es entsteht so gut wie kein Materialabfall – einer der höchsten Kostenfaktoren der spanenden Technologie.

Die Materialien für das Lasersintern

FKM führt zehn verschiedene Polymer-Pulver mit unterschiedlichen Eigenschaften, mit denen im SLS-Verfahren funktionstüchtige und voll einsatzfähige Bauteile entstehen.

Je nach Verwendung sind verschiedene Materialeigenschaften notwendig: gute Wärmeleitfähigkeit, flammengeschützt, besonders flexibel. Dank der Auswahl hat FKM das für jeden Zweck passende Material zur Hand.

Die Materialien für das Laserschmelzen

Bei FKM kann aus sieben verschiedenen Metallen in Pulverform gewählt werden. Die Wahl hängt vom Einsatzgebiet des geplanten Bauteils ab. Muss es besonders korrosionsgeschützt oder hochtemperaturresistent sein? Für alle Kundenansprüche greift FKM zu den optimalen metallenen Rohstoffen.

Selbst für Anwendungsbereiche, bei denen die Werkstücke hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind (z.B. Luft- und Raumfahrt), hat FKM spezielle Metallpulver permanent verfügbar. 

Die Vorteile von SLS und SLM

Die Vorteile der additiven Fertigung auf einen Blick:

  • Werkstoffvielfalt
  • Zeitersparnis
  • Kosteneffizienz
  • Reduzierung von Bauteilen
  • konstruktive Freiheit (auch innenliegende Hohlräume und bewegliche Teile möglich)
  • Funktionsintegration (konturnahe Kühlkanäle und ähnliches)
  • vollkommene Individualisierung der Bauteile

Anwendungsbereiche der additiven Technologien

Den Einsatzmöglichkeiten additiver Technologien sind im Prinzip keine Grenzen gesetzt. Durch die Design- und Konstruktionsfreiheit sowie die komplette Individualisierungsmöglichkeit können ebenso Schmuckstück- oder Modellbauteile entstehen. Zudem sind patientenspezifische medizinische Prothesen, voll funktionsfähige Bauteile für die Automotivbranche oder die Luft- und Raumfahrt möglich.

Bedarfsorientiert und forschungsbegleitend sind zwei Schlagworte, die mit additiven Technologien bei FKM in Verbindung gebracht werden. Gerade wenn es um Rapid Prototyping geht, sind die beiden Technologien SLS und SLM ungeschlagen, denn bereits entwicklungsbegleitend können Werkteile gedruckt und auf ihre Funktionalität getestet werden. 

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