Pulverbettbasiertes Schmelzen - Verfahrensvarianten

Laserstrahl

Beim Powder Bed Fusion-Verfahren mittels Laserstrahl (auch LPBF oder SLM® bei Metallen genannt) werden die Pulverpartikel mithilfe eines Laserstrahls in einer geschlossenen Schutzgasatmosphäre miteinander verschmolzen.

Beim Powder Bed Fusion-Verfahren für Kunststoffe (auch LPBF oder Selectives Laser Sintering (SLS) genannt) wird pulverförmiges Material mit einem Laserstrahl gesintert. Zuerst wird das Pulver im Bauraum bis unterhalb der Schmelztemperatur erhitzt. Dann versintert die vom Laser ausgesendete Energie die winzigen Pulverpartikel zu einer festen Struktur. Durch den geringen Energieeintrag bei diesem Verfahren mit Kunststoffen, reicht die Stützfunktion des umgebenen Pulverbettes aus und es werden keine zusätzlichen Stützkonstruktionen benötigt.

Als Material kommen auch bei dieser Verfahrensvariante Kunststoff-, Metall- und Keramikpulver und sogar Sand zum Einsatz. Der Fokus des Lasersinterns liegt jedoch auf der Verarbeitung von PA-Kunststoffen. Das Verfahren gehört zum „pulverbasierten Schmelzen“.  

Werkstoffe

Kohlenstoff- und CrNi-Stähle, CoCr-Legierung, Titan, Aluminium, Bronze, nahezu alle thermoplastischen Kunststoffe z.B. Polyamide (Nylon), PP, PEEK, TPE

Elektronenstrahl

Beim Powder Bed Fusion-Verfahren mittels Elektronenstrahl (auch Electron Beam Melting (EBM) genannt) wird das Pulver durch den Einsatz eines Elektronenstrahls, welcher in einer Vakuumkammer über Spulen bewegt wird, zu dem gewünschten 3D-Objekt verfestigt. Hierbei werden ausschließlich Metallpulver oder deren Legierungen verarbeitet.

Die Vakuumkammer verhindert bzw. vermindert die Oxidation. Somit sind auch Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt (z.B. Titan) verarbeitbar. Der Elektronenstrahl wird über magnetische Felder schnell und präzise gesteuert. Das Verfahren benötigt Stützstrukturen, um die Teile und Überhänge abzustützen und das Bauteil an der Bauplatte zu fixieren. Zusätzlich leiten die Stützstrukturen eingebrachte Wärme ab, wodurch Spannungen bzw. Verzug der Bauteile minimiert werden kann.

Das Verfahren ist durch das vor jedem Prozess erforderliche Erzeugen des Vakuums sehr zeitaufwendig, der Bauprozess selbst ist jedoch schneller als mittels Laserstrahl. Im Vergleich zum Verfahren mit Laserstrahl ist die Auflösung geringer und die Bauteile sind nicht maßhaltig, sodass eine nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche erforderlich ist.

Werkstoffe

TiAl (Titanaluminide), CoCr (Cobalt-Chrom Legierung)