Selektives Laserschmelzen (SLM), auch als Laserschmelzschweißen bekannt, ist eine äußerst vielversprechende additive Fertigungstechnologie für Metalle, bei der hochenergetische Laserstrahlen verwendet werden, um Metallpulver zu bestrahlen und vollständig zu schmelzen und so 3D-Formen zu bilden.
Das im SLM verwendete Metallmaterial ist eine Mischung aus behandeltem und niedrigschmelzendem Metall oder molekularem Material. Während der Verarbeitung schmilzt das niedrigschmelzende Material, das hochschmelzende Metallpulver jedoch nicht. Das geschmolzene Material dient zum Verbinden. Daher sind die Feststoffe porös und weisen schlechte mechanische Eigenschaften auf. Sie müssen vor ihrer Verwendung bei hohen Temperaturen erneut geschmolzen werden.
Der gesamte Prozess derSLM-Druckbeginnt mit dem Slicen von 3D-CAD-Daten. Dabei werden die 3D-Daten in mehrere 2D-Datenschichten mit einer Dicke von üblicherweise 20 bis 100 µm umgewandelt. 3D-CAD-Daten werden typischerweise als STL-Dateien formatiert, die auch in anderen schichtbasierten 3D-Drucktechnologien häufig verwendet werden. Die CAD-Daten werden in die Slicing-Software importiert und verschiedene Eigenschaftsparameter sowie einige Steuerparameter für den Druck festgelegt. SLM startet den Druckvorgang mit dem Drucken einer dünnen, gleichmäßigen Schicht auf das Substrat, die dann entlang der Z-Achse bewegt wird, um die 3D-Form zu drucken.
Der gesamte Druckvorgang erfolgt in einem geschlossenen Behälter, der mit einem Inertgas (Argon oder Stickstoff) gefüllt ist, um den Sauerstoffgehalt auf 0,05 % zu reduzieren. SLM funktioniert durch die Steuerung des Vibrators zur Laserbestrahlung des Kachelpulvers. Das Metall wird erhitzt, bis es vollständig geschmolzen ist. Der Bestrahlungstisch bewegt sich nach jeder Ebene nach unten, der Kachelmechanismus wird erneut ausgeführt, und anschließend bestrahlt der Laser die nächste Schicht, sodass die neue Pulverschicht schmilzt und sich mit der vorherigen verbindet. Der Zyklus wiederholt sich, um die 3D-Geometrie fertigzustellen. Der Arbeitsbereich ist üblicherweise mit Inertgas gefüllt, um die Oxidation des Metallpulvers zu vermeiden. Einige Systeme verfügen über Luftzirkulationssysteme, um Funkenbildung vom Laser zu vermeiden.
SLM-gedruckte Teile zeichnen sich durch hohe Dichte und hohe Festigkeit aus. Der SLM-Druckprozess ist sehr energiereich, und jede Metallpulverschicht muss bis zum Schmelzpunkt des Metalls erhitzt werden. Die hohe Temperatur verursacht Eigenspannungen im SLM-Druckmaterial, die die mechanischen Eigenschaften des Teils beeinträchtigen können.
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Autor: Alisa / Lili Lu/ Seazon
