Selektives Laserschmelzen (SLM) & Metall-3D-Druck

Das Selektive Laserschmelzen gehört zu den Laser-Powder-Bed-Fusion-Technologien. Es ist eine laserbasierte 3D-Drucktechnologie, bei der metallische Pulvermaterialien Schicht für Schicht selektiv aufgeschmolzen werden, um daraus 3D-Objekte herzustellen. Da der Bauraum mit einem inerten, also reaktionsträgen Schutzgas wie Stickstoff oder Argon gefüllt wird, läuft das Metall wenig Gefahr zu oxidieren, was die gedruckten Bauteile unbrauchbar machen würde.

Wie jedes andere 3D-Druckverfahren braucht der SLM-Metall-3D-Druck eine CAD-Datei als Bauplan für das gewünschte Bauteil. Der Datensatz wird von einem Slicer in eine Vielzahl von Schichten geschnitten. Jede Schicht bildet dabei einen Querschnitt durch das Bauteil. Eine Schichtdicke variiert beim SLM in der Regel zwischen 20 und 60 Mikrometern. Beim Druckprozess verteilt eine Rakel eine Schicht Metallpulver auf einer absenkbare Bauplattform. Anschließend scannt ein Laser den Querschnitt des Bauteiles und schmilzt das Pulver in diesen Bereichen auf. Da das Pulver im Vergleich zum SLS nicht so dicht komprimiert werden kann, ist der Prozess in den meisten Fällen auf gedruckte Stützstrukturen angewiesen. Sie dienen dazu, die Bauteile im Bauraum stabil zu halten, überschüssige Wärme abzuleiten und ein Verformen der Teile zu vermeiden.

Im Vergleich zu den Verfahren SLA, FDM oder SLS, die alle gegen Ende der 1980er Jahre patentiert wurden, entstand das SLM etwas später. Erste nennenswerte Erfolge verkündete 1995 das Fraunhofer Institut für Lasertechnik in Aachen. In Kooperation mit der Firma F & S Stereolithografietechnik GmbH wurde das SLM-Verfahren entwickelt. Die Firma spaltete sich in den frühen 2000ern in die Realizer GmbH, die heute zur DMG Mori AG gehört, und die SLM Solutions AG, die noch heute zu den führenden Anbietern für SLM-Metall-3D-Druck zählt.

Wie die allermeisten 3D-Drucktechnologien bringt auch das Selektive Laserschmelzen eine große geometrische Freiheit mit sich. So lassen sich hochkomplexe Geometrien und bionische Leichtbauprojekte werkzeuglos umsetzen. Die Baugruppenkonsolidierung ist ein weiterer Vorteil des SLM und auch anderer 3D-Drucktechnologien. Dabei geht es darum, einzelne Baugruppen zusammenzuführen und direkt an einem Stück zu drucken, um Material und Arbeits- und Montageaufwand zu reduzieren. Doch nicht nur die geometrische Freiheit der Technologie ermöglicht spannende Bauteile. Auch die Bauteileigenschaften an sich können durch das SLM-Verfahren verbessert werden. So zeichnen sich die Bauteile durch eine besonders hohe Dichte und beinahe porenfreie Oberflächen aus.

Das Selektive Laserschmelzen dient der Verarbeitung von Metallen. Die Entwicklung neuer Materialien ist ein kontinuierlich fortschreitendes Forschungsfeld, und laufend kommen neue Anbieter oder etablierte Unternehmen mit einer größeren Materialvielfalt auf den Markt. Zu den etabliertesten Materialien für den SLM-3D-Druck gehören Aluminium (AlSi10Mg), Werkzeug- und Edelstahl (1.2709 & 1.4404) und Titan (Ti6Al4V).

Viele Industrien profitieren vom Selektiven Laserschmelzen als additive Fertigung. Darunter die Luft- und Raumfahrt, die Automobiltechnik, die Dental- und Medizintechnik und der Maschinenbau. Die Technologie findet besonders beim Rapid Prototyping Anwendung, aber auch Kleinserien lassen sich mittlerweile wirtschaftlich über den SLM-Metall-3D-Druck abbilden.