Selektives Lasersintern (SLS):
Das Verfahren

Selektives Lasersintern (kurz: SLS) oder nur Lasersintern ist ein generatives Schichtbauverfahren. Hierbei werden mit Hilfe von Laserstrahlen beliebige dreidimensionale Geometrien aus einem Kunststoffpulver erzeugt. Diese können auch Hinterschneidungen haben, die sich in konventioneller mechanischer oder gießtechnischer Fertigung nicht herstellen lassen.
Lasersintern ist ein beliebtes Verfahren im Rapid Prototyping, da es erlaubt, komplexe Geometrien ohne jegliche Stützstrukturen zu erstellen. Weiterhin ist, das am häufigsten verwendete Material, PA2200 (PA12), auch genannt Nylon, ein universell einsetzbares Material, welches sich durch hohe mechanische Belastbarkeit und Temperarturbeständigkeit auszeichnet.


Lasersintern
Schnellübersicht

Bauraum
max. 600 × 350 × 500 mm

Produktionszeit
5 – 7 Werktage

Kosten
$$$ (Niedrig)

Toleranzen
~200 – 300 µm bis 10 cm
0,2 – 0,3 % ab 10 cm

Materialien
PA2200 / PA12 (Nylon)
Alumid

Weitere Rapid-Prototyping Verfahren

Weiterführende Links

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Beim Lasersintern wird ein pulverförmiges Ausgangsmaterial vollflächig auf eine Bauplattform mit Hilfe einer Rakel oder Walze aufgetragen. Das dabei verwendete Material ist häufig Polyamid (meist auf PA12, teilweise aber auch auf PA11 Basis). Neben Polyamid (Nylon), kommen aber auch Elastomere, wie beispielsweise TPU zum Einsatz. Die Schichtstärke liegt, abhängig vom Drucker und den vorgenommenen Einstellungen, meist um die 100µm. Die Schichten werden durch einen Laserstrahl entsprechend der Schichtkontur schrittweise in das Pulverbett gesintert. Der Begriff „Sintern“ bedeutet, dass feinkörnige Stoffe bis kurz unter den Schmelzpunkt erhitzt werden und sich dadurch verbinden.
Die notwendige Energie für diesen Vorgang, geht von einem Laser aus und wird vom Pulver aufgenommen. Somit kommt es zu einem lokal begrenzten Sintern von Partikeln. Die Gesamtoberfläche nimmt dabei ab, da das Material durch den Vorgang des Sinterns, Pulverzwischenräume und ähnliches ausfüllt.
Nach Fertigstellung einer Schicht wird die Bauplattform herabgesenkt und eine neue Pulverschicht wird aufgebracht. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht von unten nach oben. Dadurch können auch hinterschnittene Konturen erzeugt werden. Überhängende Strukturen werden dabei im Pulverbett stabilisiert, so dass Stützstrukturen nicht notwendig sind. Letzteres ist einer der wesentlichen Vorteile des Verfahrens gegenüber Verfahren wie beispielsweise der Stereolithografie oder der Polyjet Technologie.



Schematische Darstellung des Prozesses von 3D-Systems


Finishing

Je nach Anwendung können Lasersinter-Teile mit folgenden Techniken nachbearbeitet werden:

  • Einfärben
  • Polieren (per Gleitschliff oder manuell)
  • Imprägnieren – wasser- (Nanoseal) oder luftdicht (Epoxid-Infiltration)
  • Lackieren

Hauptsächliches Einsatzfeld des Lasersinterns ist das professionelle Rapid Prototyping. Eine zunehmende Rolle spielt dieses Verfahren allerdings auch für Kleinserien, da Polyamid ein sehr widerstandsfähiges Material ist, welches in Serienprodukten eingesetzt werden kann. Weiterhin erfreut sich das Verfahren aufgrund der Materialeigenschaften von Nylon auch bei Modellbauern zunehmender Beliebtheit. Hier werden Bauteile häufig für mechanische Komponenten oder Chassis-Teile (beispielsweise für Drohnen oder Flugzeugmodelle verwendet). Neben der mechanischen Widerständigkeit, spielt dabei insbesondere das geringe Gewicht des Materials (Dichte: 0,9 – 0,95 g/cm³) eine große Rolle.

Funktions-Prototypen

Lasersintern - PA12 PA2200 - Beispiel Leiterplatte

PA2200 ist eine ‚Allzweckwaffe‘ im Prototypenbau, sowohl funktionale als auch Design-/Konzept-Prototypen lassen sich mit diesem Material verwirklichen. Die hohe chemische, mechanische und thermische Resistenz sowie das Fehlen von Stützstrukturen und die damit verbundene Designfreiheit und Kosteneffizienz sind dabei entscheidende Faktoren.


Visuelle Prototypen

Lasersintern - PA12 PA2200 - Beispiel Molekuelmodell

PA2200 benötigt keine Stützstrukturen, daher gibt es im Design (fast) keine Einschränkungen. Es können auch Strukturen gedruckt werden, die mit anderen Verfahren schwierig oder sogar unmöglich herzustellen sind. Folglich sind viele Designer auf diese Technologie aufmerksam geworden und erstellen Designstudien mit diesem Verfahren.


Kleinserien

Lasersintern - PA12 PA2200 - Rueckspiegel

Polyamid ist ein sehr resistentes Material. Diese Eigenschaft, die relativ niedrigen Produktionskosten sowie die Möglichkeit, sehr komplexe Geometrien in einem Arbeitsschritt zu erstellen, machen das Lasersintern neben dem Vakuumguss zur bedeutendsten Technologie für die Produktion von Kleinserien.


Anspruchsvolle Hobbyanwendungen

SLS Selektives Lasersintern Anwendungen Hobby

Die Materialeigenschaften von Nylon machen das Material ideal für viele Anwendungen im Bereich des Hobby-3D-Drucks, beispielsweise DIY Projekte wie selbsterstellte Drohnen, Modellflugzeuge oder Modellautos. Das Material ist widerstandsfähig, leicht (Dichte 0,9 – 0,95 g/cm3) und es lassen sich deutlich bessere Ergebnisse erzielen als mit dem FDM 3D-Druck.

Vorteile

  • Keine Stützstrukturen notwendig.
  • Materialeigenschaften hervorragend geeignet für viele Prototypen und Bauteile (mechanisch belastbar, leicht, hitzestabil).
  • Ineinander verzahnte (bspw. bewegliche Teile) können in einem Stück gedruckt werden, ein Zusammenbau ist nicht notwendig.

Nachteile

  • Die Oberfläche ist relativ rau. Diese kann gut bearbeitet werden (schleifen, trowalisieren, strahlen), jedoch erzeugen Polyjet und Stereolithographie glattere Oberflächen.
  • Die Druckzyklen sind relativ lang, verglichen mit anderen Verfahren.
  • Die Toleranzen sind höher als bei der Stereolithografie oder dem Polyjet-Verfahren.

Im Allgemeinen werden beim Selektiven Lasersintern vor allem Polyamide, Thermoplastisches Polyurethan (TPU) sowie Polyether Ketone (PEK) in Pulverform für den Druck genutzt. Seltener werden auch andere Polymere, wie beispielsweise Polystyrol eingesetzt. Bei Metallen kommt häufig auch das Laserschmelzen (kurz SLM) zum Einsatz.
Das am häufigsten verwendete Polymer ist PA2200. Dabei handelt es sich um ein Feinpulver auf PA12 Basis. Dieses verfügt gegenüber herkömmlich verarbeiteten PA12 über eine höhere Schmelztemperatur (ca. 184 °C) sowie über eine höhere Kristallinität. Eine höhere Kristallinität bedeutet verallgemeinert, dass die Härte zunimmt, das Material aber auch etwas spröder wird.
PA12 kann dabei grundsätzlich als so genanntes Compound verwendet werden, d.h. dass das Material mit Ergänzungsstoffen angereichert werden kann. Beispielsweise Kohlefasern oder Aluminium sind beim Lasersintern verbreitet.


Unsere Materialien

PA12 / PA2200 (‚Nylon‘)

SLS PA2200 Beispiel Leiterplatte

PA2200/PA12 ist das meistverwendete Material beim Lasersintern. Es hat eine hervorragende mechanische und ther­mische Resistenz und eignet sich daher für eine Vielzahl von An­wendungen im Prototypenbau und der Kleinserienproduktion.

Farben: Weiß, eingefärbt (Schwarz , Blau, Rot, Gelb, Grün, Violett)
Bauraum: max. 600 × 350 × 500 mm
Kosten: Sofort-Preisberechnung in unserem online 3D-Druckservice
Materialdatenblatt: Herunterladen
Materialdatenseite: PA12/PA2200 (Nylon)

Alumid

Beispielbild Alumid - Zahnrad

Alumid enthält PA12 und Aluminiumstaub. Dadurch ist es hitze- und formstabiler, lässt sich besser spanend nachbearbeiten und ist aufgrund des Metall-Looks beliebt für Design Prototypen.

Farben: Metallisch-Grau
Bauraum: max. 300 x 200 × 180 mm
Kosten: Anfrage stellen
Materialdatenblatt: Herunterladen
Materialdatenseite: Alumid

Das Selektive Lasersintern (SLS) wurde entwickelt und patentiert von Dr. Carl Deckard und seinem Professor Dr. Joe Beaman an der „University of Texas at Austin„. Mitte der 1980er Jahre wurde das Projekt von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ins Leben gerufen und gesponsert.
Ende der 1980er Jahre wurde von Deckard das erste Patent unter dem Thema „Method and apparatus for producing parts by selective sintering“ angemeldet. Kurz darauf gründeten Deckard und Beaman die Firma Desk Top Manufacturing Corporation (DTM Corp.).
Ein ähnlicher Prozess und Apparat, wie der von Deckard und Beaman wurde allerdings schon 1979 von Ross F. Housholder entwickelt und zum Patent angemeldet. Er hingegen verzichtete auf die kommerzielle Nutzung seiner Errungenschaft.

SLS-Ausschnitt der Patentanmeldung von 1997

Ausschnitt der Patentanmeldung von 1997, (c) GooglePatents



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