3D-Druck-Verfahren erklärt: Laser Powder Bed Fusion (LPBF)

18 Jun

3D-Druck-Verfahren erklärt: Laser Powder Bed Fusion (LPBF)

Verfahren

Das Selektive Laserschmelzen, auch Laser Powder Bed Fusion (LPBF) genannt, ist ein 3D-Druck-Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Metall. Aufgrund der selbst im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren guten mechanischen Eigenschaften der Bauteile, speziell der hohen Dichte der Bauteile, erfährt das LPBF-Verfahren eine rasche Marktentwicklung. Da sowohl die Maschinen als auch die Prozesse immer besser werden, kann das LPBF-Verfahren konventionelle Fertigungsverfahren immer öfter ergänzen oder sogar ersetzen.

Haupteinsatzbereich ist die Herstellung von Bauteilen für die Medizin- und Zahntechnik sowie Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, Schienenfahrzeugbau und weiteren Branchen.

Das Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren auf einen Blick

++ sehr gut geeignet, + gut geeignet, o befriedigend geeignet, – ausreichend geeignet, — ungeeignet

Das Verfahren

Mit dem LPBF-Verfahren lassen sich Bauteile mit komplexen Geometrien, wie zum Beispiel Hohlräume und Hinterschneidungen, ganz ohne Werkzeuge herstellen. Hierbei wird das Bauteil auf einer Bauplattform Schicht für Schicht aus Pulver aufgebaut, indem dieses lokal aufgeschmolzen wird. Ein Hochleistungslaserstrahl fährt dabei die zur aktuellen Schicht gehörenden Konturen und Flächen des Bauteils ab. An den bestrahlten Stellen verschmelzen die Pulverpartikel. Anschließend wird die Bauplatte abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgebracht. Diese Schritte werden so oft wiederholt, bis das Bauteil fertiggestellt ist.

Das fertig gedruckte Bauteil wird aus dem Pulverbett nach oben geschoben.

Mit dem LPBF-Verfahren gedruckt: Planetengetriebe aus Edelstahl.

Eine Herausforderung beim LPBF-Verfahren ist, dass durch die schnelle Abkühlung des Bauteils Eigenspannungen entstehen. Abhängig von der Geometrie führen diese zu Bauteilverzug. Um dies zu vermeiden, können mehrere Gegenmaßnahmen ergriffen werden: Zum einen kann das aufgeschmolzene Pulver mehrmals belichtet werden. Weitere Möglichkeiten sind das Heizen der Bauplattform oder eine nachfolgende Wärmebehandlung. Durch die Verwendung von Stützstrukturen, die allerdings nachträglich entfernt werden müssen, wird ein generell besserer Wärmetransport ermöglicht.