SLS-Druck: Grundlagen und Funktionsweise

Die SLS-Technologie ist eine pulverbettbasierte additive Fertigungstechnologie. Es basiert auf dem schichtweisen Sintern von kleinen Kunststoffpulverpartikeln durch den Einsatz eines Scanning-Lasers.

Partes de las impresoras 3D SLS

SLS-Drucker bestehen aus mehreren Teilen:

Bild 1: Teile eines SLS-3D-Druckers. Quelle: 

• Vorschubzylinder: In diesem Behälter befindet sich das zum Drucken benötigte Pulver. Es verfügt über eine mobile Plattform, die das Pulver belichtet, damit es auf die Druckfläche übertragen werden kann.
• Druckzylinder: Dies ist der Bereich, in dem die Teile geformt werden. Sie verfügt über eine mobile Plattform, auf der die Teile gefertigt werden.
• Überlauftank: In diesem Tank wird das überschüssige Pulver, das der Recoater mit sich zieht, gelagert.
• Recoater: Dies ist das Element, das für die Übertragung des Pulvers vom Förderzylinder zum Druckzylinder und damit für die Bildung der Schichten verantwortlich ist. Das überschüssige Pulver landet im Überlaufbehälter.
• Laser: Dieses Gerät ist für die selektive Sinterung des Pulvers verantwortlich. Dies geschieht durch einen Abtastvorgang, wobei die Bewegung mittels eines Portalsystems (langsamer) oder mittels eines Galvos (schneller) erfolgen kann.

Druckverfahren

Zu Beginn des Druckvorgangs befindet sich die Zuführungsplattform am tiefsten Punkt, der Zylinder ist mit Pulver gefüllt und bereit zum Drucken, während sich die Druckplattform am höchsten Punkt befindet und der Zylinder leer ist. Sobald der Druckvorgang beginnt, läuft er wie folgt ab:

• Die Druckplattform wird um einen der Schichthöhe entsprechenden Abstand abgesenkt, während die Zuführplattform angehoben wird und eine Pulvermenge freilegt.
• Der Recoater fährt von einem Ende zum anderen und überträgt und verteilt das belichtete Pulver vom Zuführungsbett auf das Druckbett und bildet so die erste Schicht. Das überschüssige Pulver, das der Recoater fördert, wird am Ende seines Weges in den Überlaufbehälter geschüttet.
  
• Der Laser streicht selektiv über die gebildete Schicht und verfestigt das Teil.
• Dieser Vorgang wird für jede der Schichten, die das Teil bilden, wiederholt.

Bild 2: Funktionsweise eines SLS-3D-Druckers. Quelle:

Vorteile des SLS-3D-Druck

Der SLS-3D-Druck zeichnet sich durch eine Reihe von Eigenschaften aus, die ihn für die Herstellung von funktionalen Bauteilen besonders geeignet machen.

• Hohe Präzision: Der SLS-3D-Druck ist neben der SLA-Technologie eine der präzisesten additiven Fertigungstechnologien. Die Genauigkeit in der XY-Ebene liegt zwischen 30 und 50 um.
• Selbsttragende Technologie: Wie andere Pulverbetttechnologien erfordert die SLS-Technologie in keinem Fall den Einsatz von Stützen, wodurch jede noch so komplexe Geometrie erreicht werden kann. Zusammen mit der hohen Präzision ermöglicht dies den Druck von funktionalen, bereits montierten Baugruppen.

Bild 3: Mit der SLS-Technologie gedruckte Funktionsbaugruppe. Quelle: Sinterit.

• Isotropie: Die SLS-3D-Drucktechnologie liefert Teile mit hoher Isotropie der Eigenschaften in allen Richtungen. Das Verhältnis zwischen der X-, Y- und Z-Achse liegt nahe bei 1, so dass sich die Teile ähnlich verhalten, unabhängig davon, wo die Lasten aufgebracht werden.
• Gute Oberflächenqualität: Obwohl SLS-3D-gedruckte Teile eine gewisse Oberflächenrauhigkeit aufweisen, ist die Oberfläche anderen Technologien wie FDM überlegen, so dass sie sich nicht nur für die Herstellung von Prototypen, sondern auch von endgültigen Teilen eignet.
• Verfügbarkeit technischer Materialien: Das Standardmaterial für die SLS-Technologie ist Polyamid, ein technischer Kunststoff mit guten mechanischen und thermischen Eigenschaften. Darüber hinaus gibt es weitere Optionen wie thermoplastische Verbundwerkstoffe, Polypropylen oder mehrere thermoplastische Elastomere.

In diesem Leitfaden werden Konzepte in allgemeiner Form erörtert und nicht auf eine bestimmte Marke oder ein bestimmtes Modell eingegangen, auch wenn diese an einigen Stellen erwähnt werden. Die Kalibrierungs- oder Einstellverfahren können sich von Marke zu Marke und von Modell zu Modell erheblich unterscheiden. Es wird daher empfohlen, vor dem Lesen dieses Leitfadens das Handbuch des Herstellers zu konsultieren.