Selektives Laserschmelzen
Das selektive Laserschmelzen (englisch Selective Laser Melting, Abk. SLM)<ref name="SLMTM">SLM ist gem. Markenregistereintrag 30094322, Deutsches Patent- und Markenamt eine Wortmarke der DMG MORI Additive GmbH sowie der Nikon SLM Solutions AG. In der Fachliteratur wird SLM als Abkürzung für das Verfahren des selektiven Laserschmelzens verwendet, siehe zum Beispiel Joachim Tinschert, Gerd Natt: Oxidkeramiken und CAD/CAM-Technologien, Deutscher Ärzteverlag, 2007, ISBN 978-3-7691-3342-4, S. 39; Andrzej Grzesiak et al.: Generative Fertigung Mit Kunststoffen, Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-24325-7, S. 31</ref>, auch Laser-Strahlschmelzen<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> oder pulverbettbasiertes Schmelzen von Metall mittels Laserstrahl (Abk. PBF-LB/M)<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> genannt, ist ein additives Fertigungsverfahren,<ref name="ethz-250011">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Manfred Schmid|Manfred Schmid: }}{{#if:|{{#if:Additive Fertigung, Kapitel 2 mit Tabelle 2.1 (SLS)|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Additive Fertigung, Kapitel 2 mit Tabelle 2.1 (SLS)}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.research-collection.ethz.ch/bitstream/handle/20.500.11850/124860/eth-50250-01.pdf?sequence=1&isAllowed=y%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Additive Fertigung, Kapitel 2 mit Tabelle 2.1 (SLS)}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.research-collection.ethz.ch/bitstream/handle/20.500.11850/124860/eth-50250-01.pdf?sequence=1&isAllowed=y}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Additive Fertigung, Kapitel 2 mit Tabelle 2.1 (SLS)}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:research-collection.ethz.ch2015{{#if: 2024-09-27 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Verfahren
Beim selektiven Laserschmelzen wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in dünnen Schichten auf einer Grundplatte aufgebracht.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Naveed Ahmed|Naveed Ahmed: }}{{#if:|{{#if:Direct metal fabrication in rapid prototyping: A review, Selective laser melting (SLM)|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Direct metal fabrication in rapid prototyping: A review, Selective laser melting (SLM)}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/selective-laser-melting%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Direct metal fabrication in rapid prototyping: A review, Selective laser melting (SLM)}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/selective-laser-melting}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Direct metal fabrication in rapid prototyping: A review, Selective laser melting (SLM)}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Journal of Manufacturing Processes in sciencedirect.com2019{{#if: 2024-09-22 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Die Daten für die Führung des Laserstrahls werden mittels einer Software aus einem 3D-CAD-Körper erzeugt.<ref name="rwth-aac-513621">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Chair for Laser Technology LLT|Chair for Laser Technology LLT: }}{{#if:|{{#if:Selektives Laserschmelzen zur generativen Herstellung von Bauteilen aus hochfester Oxidkeramik|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Selektives Laserschmelzen zur generativen Herstellung von Bauteilen aus hochfester Oxidkeramik}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.llt.rwth-aachen.de/go/id/dolf/file/51362/lidx/1%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Selektives Laserschmelzen zur generativen Herstellung von Bauteilen aus hochfester Oxidkeramik}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.llt.rwth-aachen.de/go/id/dolf/file/51362/lidx/1}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Selektives Laserschmelzen zur generativen Herstellung von Bauteilen aus hochfester Oxidkeramik}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:llt.rwth-aachen.de2009-11-20{{#if: 2024-09-28 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Durch selektives Laserschmelzen gefertigte Bauteile zeichnen sich durch große spezifische Dichten (> 99 %) aus. Dies gewährleistet, dass die mechanischen Eigenschaften des generativ hergestellten Bauteils weitgehend denen des Grundwerkstoffs entsprechen.
Es kann aber auch gezielt, nach bionischen Prinzipien oder zur Sicherstellung eines partiellen E-Moduls, ein Bauteil mit selektiven Dichten gefertigt werden.<ref name="fraunhof-537083">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|: }}{{#if:|{{#if:Additive Fertigungsverfahren – Status Quo und Potenzial, insbesondere Seiten 12 ff.|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Additive Fertigungsverfahren – Status Quo und Potenzial, insbesondere Seiten 12 ff.}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://publica-rest.fraunhofer.de/server/api/core/bitstreams/d8529343-620a-4c6e-a29e-8794a537083a/content%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Additive Fertigungsverfahren – Status Quo und Potenzial, insbesondere Seiten 12 ff.}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://publica-rest.fraunhofer.de/server/api/core/bitstreams/d8529343-620a-4c6e-a29e-8794a537083a/content}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Additive Fertigungsverfahren – Status Quo und Potenzial, insbesondere Seiten 12 ff.}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:publica-rest.fraunhofer.de2015{{#if: 2024-09-28 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Gegenüber konventionellen Verfahren (Gussverfahren) zeichnet sich das Laserschmelzen dadurch aus, dass Werkzeuge oder Formen entfallen (formlose Fertigung)<ref name="ethz-250011"/> und dadurch die Produkteinführungszeit reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die große Geometriefreiheit, die das Anfertigen von Bauteilformen ermöglicht, die mit formgebundenen Verfahren nicht oder nur mit großem Aufwand herstellbar sind. Des Weiteren können Lagerkosten reduziert werden, da spezifische Bauteile nicht bevorratet werden müssen, sondern bei Bedarf generativ hergestellt werden. Vorlage:Hinweisbaustein
Belichtungsstrategie
Tendenziell gilt, je höher die Laserleistung, desto höher fällt die Rauheit des Bauteils aus. Moderne Anlagentechnik kann nach dem „Hülle-Kern-Prinzip“ Dichte und Oberflächengüte beherrschen. Die segmentierte Belichtung nimmt dabei gezielt Einfluss auf die Außenbereiche des Bauteils, auf Überhänge und hochdichte Bauteilbereiche. Eine optimierte Belichtungsstrategie verbessert das Qualitätsniveau und gleichzeitig die Aufbaugeschwindigkeiten. Das Leistungsprofil eines Bauteils kann mit Hilfe der segmentierten Belichtung deutlich gesteigert werden.
Qualitätsaspekte und Topologie
Die Anlagenhersteller verfolgen unterschiedliche Qualitätssicherungsansätze, die i. d. R. einerseits off-axis (bzw. ex situ) erfolgen oder andererseits On-axis (bzw. in situ).
Klassische Off-axis-Inspektionen weisen eine geringere Auflösung und eine niedrigere Erfassungsrate auf. Zum Einsatz kommt beispielsweise eine infrarot-sensitive Kamera, welche außerhalb der Prozesskammer – also ex situ – positioniert ist. Vorteil einer Ex-situ-Lösung ist die einfache Systemintegration von Anlage und Kamerasystem. Ein Off-axis-Aufbau ermöglicht Aussagen über das gesamtheitliche Aufschmelz- und Abkühlverhalten. Eine detaillierte Aussage über das Schmelzbad ist jedoch nicht ableitbar.
Der On-axis-/In-situ-Aufbau (z. B. Aufbau Concept Laser) beruht auf einer koaxialen Anordnung der Detektoren. Als Detektoren kommen eine Kamera und eine Photodiode zum Einsatz, die dieselbe Optik nutzen wie der Laser. Diese koaxiale Integration ermöglicht eine hohe koordinatenbezogene 3D-Auflösung. Die Erkennungsrate ergibt sich aus der Scan-Geschwindigkeit. Liegt diese bei 1.000 mm/s, so ergibt sich 100 µm, also die Distanz, für die je eine Aufnahme erzeugt wird. Bei 2.000 mm/s liegt der Wert bei 200 µm. Eine koaxiale Anordnung hat den Vorteil, dass die Schmelzbademissionen stets auf einen Punkt der Detektoren fokussiert werden und der Bildausschnitt verkleinert und somit auch die Abtastrate erhöht werden können. Eine detaillierte Analyse der Schmelzbadcharakteristika (Schmelzbadfläche und Schmelzbadintensität) wird so möglich.
Bezeichnungen und Namensgebung
Das Verfahren wurde maßgeblich am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aachen in Kooperation mit F&S (Matthias Fockele und Dieter Schwarze) entwickelt.<ref>Wilhelm Meiners: Direktes Selektives Laser Sintern einkomponentiger metallischer Werkstoffe, Dissertation, RWTH Aachen 1999.</ref> 1996 wurde es zum Patent angemeldet.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:25 years of metallic 3D laser printing|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=25 years of metallic 3D laser printing}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.wileyindustrynews.com/en/news/25-years-metallic-3d-laser-printing%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=25 years of metallic 3D laser printing}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.wileyindustrynews.com/en/news/25-years-metallic-3d-laser-printing}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=25 years of metallic 3D laser printing}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:wileyindustrynews.com2021-11-25{{#if: 2024-09-28 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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- Direct Metal Laser Sintering (DMLS): EOS
- LaserCUSING: Concept Laser
- Laser Metal Fusion: Trumpf, Sisma3D
- Direct Metal Printing: 3D Systems<ref>Homepage: 3D Systems, ProX-DMP-320, abgerufen am 21. Februar 2018</ref>
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Charakteristika und besondere Aspekte der Technologie
- Geometriefreiheit
- Die Geometriefreiheit ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen, die sich mit konventionellen Verfahren technisch oder wirtschaftlich nicht realisieren lassen. Hierzu zählen Hinterschnitte, wie sie bei Schmuck oder technischen Bauteilen auftreten können.
- Leichtbau und Bionik
- Es können auch offen-poröse Strukturen hergestellt werden, wodurch Leichtbauteile bei gleichzeitigem Erhalt der Festigkeit erzeugt werden können. Das Potenzial des Leichtbaus gilt als ein sehr wesentlicher Vorzug des Verfahrens. Als bionische Vorlage aus der Natur lässt sich die poröse Struktur von Knochen nennen. Generell spielen Ansätze der Bionik auf der konstruktiven Seite eine zunehmend wichtige Rolle.<ref name="fraunhof-537083" />
- Redesign und One Shot-Ansatz
- Gegenüber klassischen Guss- oder Frästeilen, die oft zusammen montiert werden, um eine Baugruppe zu bilden, ist es möglich eine komplette Baugruppe oder zumindest viele Einzelteile in einem Schuss (One-Shot-Technik) aufzubauen. Die Anzahl der Bauteile einer Baugruppe sinken tendenziell. Man spricht dann von einem Redesign der bisherigen Konstruktion. Das generative Bauteil kann so leichter verbaut werden und der Montageaufwand wird so generell reduziert.
- Reverse Engineering
- Aus einem gefertigten Produkt können die Konstruktionselemente extrahiert und in Datensätzen abgebildet werden. Auf Grundlage dieser Daten kann das Bauteil kopiert und im Reengineering (Redesign) optimiert werden.
- Mischbauweise/Hybridbauweise
- Unter der Mischbauweise/Hybridbauweise bei SLM-Verfahren versteht man die Fertigung eines nur zum Teil generativ gefertigten Bauteils. Hierbei wird auf eine ebene Fläche eines ersten, konventionell gefertigten Bauteilbereichs im anschließenden SLM-Prozess ein zweiter, generativ gefertigter Bauteilbereich aufgebaut. Der Vorteil der Hybridbauweise liegt darin, dass das durch das SLM-Verfahren zu fertigende Bauvolumen stark reduziert werden kann und einfache Geometrien konventionell, geometrisch anspruchsvollere Bereiche mittels des SLM-Verfahrens aufgebaut werden können. Damit werden die Bauzeit sowie die Kosten für das metallische Pulvermaterial auf Grund des geringeren Volumens für den durch das SLM-Verfahren gefertigten Bauteilbereich reduziert.<ref>Special Tooling 1/02: Werkzeugkerne mit Laserenergie generieren, 2002, S. 12–15.</ref>
- Prototypen und Unikate
- Formgebundene Verfahren bedürfen gewisser Seriengrößen, um die Kosten für die Formen auf die Stückkosten umzulegen. Beim SLM-Verfahren entfallen diese Einschränkungen: Es wird möglich, Muster oder Prototypen zeitnah herzustellen. Zudem können sehr individuelle Teile als Unikate entstehen, wie sie beim Zahnersatz, bei Implantaten, Uhrenelementen<ref name="tu-mittweida">Julian Drechsel: Untersuchung zur generativen Fertigung von Uhrwerksteilen, 2020 (Masterarbeit, PDF-Datei, 5,6 MB), abgerufen am 28. September 2024.</ref> oder Schmuck erforderlich sind. Besonderheit ist die zeitparallele Fertigung von Unikaten in einem Bauraum (z. B. Dentalimplantate, Hüftimplantate oder Wirbelsäulenstützelemente). Es wird möglich, speziell auf den Patienten individualisierte Bauteile, zu konstruieren und zu fertigen.
- Selektive Dichten
- Bei einem klassischen Fräs- oder Drehteil ist die Dichte des Teils immer gleich verteilt. Bei einem lasergeschmolzenen Teil kann man diese variieren. Bestimmte Bereiche eines Bauteils können massiv gefüllt und damit steif sein und andere nachgiebiger ausgelegt werden, z. B. mit einer Wabenstruktur (bionische Prinzipien). Bauteilanforderungen können viel kreativer gestaltet werden im Vergleich zu konventionellen Techniken.<ref name="fraunhof-537083"/>
- Funktionsintegration
- Je höher die Komplexität, desto besser kommt ein generatives Verfahren zum Zuge. Funktionen können integriert werden (z. B. mit Temperierkanälen oder Luftinjektoren oder das Teil erhält eine Scharnierfunktion oder sensorische Instrumente werden in das Bauteil integriert). Die somit wertgesteigerten Bauteile sind leistungsfähiger als konventionell hergestellte Bauteile.
- „Grüne Technologie“
- Umweltaspekte, wie geringer Energieaufwand beim Betrieb einer Anlage und Ressourcenschonung (es wird genau das eingesetzte Material verbraucht / kein Abfall) sind elementare Merkmale des Laserschmelzens. Es gibt auch keine Öl- oder Kühlmittel-Emissionen, wie heute noch oft in der Maschinentechnik zu finden. Selbst die Restwärme kann genutzt werden. Ein 1.000-W-Laser gibt ca. 4 kW Wärme ab, die in einem Wasser-Kühlkreislauf durch die Haustechnik genutzt werden können. Verbreitet sind anlagenabhängig Laser mit Leistungen zwischen 50 und 1000 W.<ref name="Anstaett-2"/> Konventionelle Techniken werden zunehmend mit ihren Nachteilen unter Nachhaltigkeitsaspekten betrachtet. Laserschmelzen bedeutet auch unter den vier besonderen Aspekten Leichtbau, werkzeuglose Fertigung, dezentrale Fertigung und „on demand“ einen Beitrag zur Reduktion von CO₂-Emissionen. Es ist die Kombination von Ressourcenschonung verbunden mit hoher Wirtschaftlichkeit und Qualitätsansprüchen. Die generative Fertigung kann diese Trends bedienen.
- „Production-on-demand“
- Ein wesentlicher Aspekt des Laserschmelzens ist die zeitliche und lokale Produktion bei Bedarf. Das kann die Logistikkonzepte (z. B. bei Flugzeugherstellern) sehr stark verändern, weil Ersatzteile nicht mehr bevorratet werden müssen, sondern bei Bedarf ausgedruckt werden. Zudem kann man bei einer Production-on-demand die Revisionszeiten von Flugzeugen reduzieren.
- verringerter Materialeinsatz
- Besonders gegenüber dem Fräsen aus einem Vollteil fällt der geringere Materialeinsatz ins Auge. Man geht davon aus, dass durchschnittlich das reine Bauteilgewicht und rund 10 % Material für die Support-Strukturen (dies sind die zum Aufbau notwendigen Stützstrukturen) verbraucht wird.
Werkstoffe
Die für das selektive Laserschmelzen verwendeten Werkstoffe sind in der Regel Serienwerkstoffe, die keine Bindemittel enthalten. Die Maschinenhersteller und ihre Materialpartner zertifizieren die Serienwerkstoffe für die Anwender (z. B. für dentaltechnische oder medizinische Anwendungen gem. EU-Richtlinien und Produkthaftungsgesetz).
Die verwendeten Pulver müssen sphärisch sein damit sie in homogenen dichten Schichten aufgetragen werden können. Serienwerkstoffe werden durch Verdüsen in Pulverform umgewandelt. Dabei entstehen sphärische Partikel. Nicht sphärische Pulver können durch die Pulver-Sphäroidisierung in sphärische Pulver umgewandelt werden.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Der minimale und maximale Durchmesser der verwendeten Partikel wird in Abhängigkeit von der verwendeten Schichtdicke sowie der zu erzielenden Bauteilqualität ausgewählt. Alle Pulverwerkstoffe sind zu 100 % für nachfolgende Bauprozesse wieder verwendbar. Eine Auffrischung mit nicht verwendetem Material ist nicht notwendig.
Der Materialverbrauch wird i. d. R. wie folgt kalkuliert: Bauteilgewicht + 10 % (der 10 % Aufschlag wird durch die Stützkonstruktion (Support-Struktur) verursacht, die nach dem Fertigungsprozess vom Bauteil getrennt werden muss).
Verwendete Werkstoffe sind zum Beispiel:
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- Werkzeugstahl<ref name="Anstaett-3"/>
- Aluminium und Aluminiumlegierungen<ref name="wiley-Additive-F"/>
- Titan und Titanlegierungen<ref name="springer-411352">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Yvonne Wessarges|Yvonne Wessarges: }}{{#if:|{{#if:Entwicklungstrends zum Einsatz des selektiven Laserstrahlschmelzens in Industrie und Biomedizintechnik|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Entwicklungstrends zum Einsatz des selektiven Laserstrahlschmelzens in Industrie und Biomedizintechnik}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-54113-5_2%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Entwicklungstrends zum Einsatz des selektiven Laserstrahlschmelzens in Industrie und Biomedizintechnik}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-54113-5_2}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Entwicklungstrends zum Einsatz des selektiven Laserstrahlschmelzens in Industrie und Biomedizintechnik}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:link.springer.comAdditive Manufacturing Quantifiziert, ISBN 978-3-662-54112-82017-04-01{{#if: 2024-09-22 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Anwendungen und Branchen
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Das Verfahren kann in zahlreichen Branchen eingesetzt werden. Dazu zählen:
- Luft- und Raumfahrt<ref name="springer-411352"/>
- Automobiltechnik
- Dentaltechnik (Zahnersatz, Implantate<ref name="springer-411352"/>)
- Medizintechnik (Medizinische Geräte, Endoskopie, Implantate<ref name="wiley-Additive-F"/> oder Orthopädie)
- Maschinenbau
- Werkzeugmaschinenbau (z. B. Fein- und Präzisionsbohrer)
- Werkzeugbau (z. B. Einsätze zur konturnahen Temperierung)
- Lifestyle-Produkte, wie Schmuck, Mode, Schuhe oder Uhren<ref name="tu-mittweida"/>
- Prototypenbau<ref name="springer-411352"/>, wie: Rapid Prototyping
- bionisch ausgelegte Leichtbauteile (technische Bauteile, die z. B. die Knochenstruktur nachahmen)<ref name="fraunhof-537083" />
- Kleinserien<ref name="springer-411352"/> für den Rennsport (Automobilsport und Motorradsport)
- technische Bauteile aus Metall
Aufbaugeschwindigkeiten und Losgrößenbetrachtung
Die Faktoren Aufbaugeschwindigkeiten und Losgrößen definieren die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit einer generativen Fertigung. Diese Faktoren verändern sich kontinuierlich durch den Stand der Technik.
Bei Losgrößen gelten folgende Faustregeln:
- Stückzahl 1 bis ca. 1000 pro Jahr: Die additiven Fertigungsverfahren sind typischerweise die wirtschaftlichste Option.
- Stückzahl 1000 bis 100.000 pro Jahr: Die Herstellung in einer Form aus Metall sollte durch additive Verfahren als eine mögliche Variante bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt werden.
- Stückzahl größer 100.000 pro Jahr: Eine besonders langlebige, aus Vollmaterial klassisch gefertigte Geometrie ist voraussichtlich am sinnvollsten.
Die Aufbaugeschwindigkeiten z. B. des selektiven Laserschmelzens entwickeln sich stetig nach oben.
Gründe sind: Höhere Laserleistungen (wie z. B. 1-kW-Laserquellen oder den Einsatz multipler Laserquellen – Stichwort Multilaser-Technologie).
Zur Veranschaulichung ein Vergleich der Aufbauraten, so wie sie die Unternehmensberatung Roland Berger 2013 erwartete<ref>Additive manufacturing – A game changer for the manufacturing industry? - Vortrag München (November 2013)</ref>:
- Jahr 2013 – 10 cm³/h
- Jahr 2018 – 40 cm³/h
- Jahr 2023 – 80 cm³/h
Siehe auch
Literatur
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Weblinks
- Übersichtsartikel bei analyticalscience.wiley.com, 2016
Einzelnachweise
<references />
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