3D Drucken aus Metall: Bronzeskulpturen von r23

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Beim Metall 3D Druck, dem Selective Laser Melting (SLM™), entsteht eine Bronzeskulptur durch das Schmelzen eines metallischen Pulvers. Der 3D Entwurf wird in einzelne Schichten geschnitten und entsprechend den Konturen der digitalen Datei aufgebaut. Nach dem 3D Drucken wird das 3D Modell vorgehärtet und infiltriert, danach in einem Hochofen auf über 1000 °C erhitzt und abschließend aufpoliert. Dieser Prozess dauert mehrere Arbeitstage.

Der Metall 3D Druck gehört damit zu den komplexesten und eindrucksvollsten Technologien, die das zu bieten hat.

Rapid Prototyping

Rapid Prototyping (übersetzt schneller Modellbau) ist der Überbegriff über verschiedene Verfahren zur schnellen Herstellung von Musterbauteilen ausgehend von Konstruktionsdaten.

Verfahren

Rapid-Prototyping-Verfahren sind Fertigungsverfahren, die das Ziel haben, vorhandene CAD-Daten möglichst ohne manuelle Umwege oder Formen direkt und schnell in Werkstücke umzusetzen. Die für diese Verfahrensgruppe relevante Datenschnittstelle ist das STL-Format. Die unter dem Begriff des Rapid Prototyping seit den 1980er Jahren bekannt gewordenen Verfahren sind in der Regel Urformverfahren, die das Werkstück schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material unter Nutzung physikalischer und/oder chemischer Effekte aufbauen.

Zu den Verfahren des Rapid Prototyping zählt man unter anderem bei dem Werkstoff Metall:
Elektronenstrahlschmelzen (EBM)
Laser Engineered Net Shaping (LENS)
Laserauftragschweißen
Selektives Laserschmelzen (SLM) für Metalle, Kunststoffe, Keramiken

Verfahren wie FDM, SLM und EBM, die das Material schichtweise auftragen, bezeichnet man auch als 3D-Druck.

Ich verwende für die Bronzeskulpturen das Selective Laser Melting (SLM™)

Selective Laser Melting (SLM™)

Das Selektive Laserschmelzen (englisch Selective Laser Melting, Abk. SLM) ist ein generatives Fertigungsverfahren, das zur Gruppe der Strahlschmelzverfahren gehört und häufig auch als 3D-Drucken bezeichnet wird.

Beim Selektiven Laserschmelzen wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf einer Grundplatte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird die Grundplatte um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind. Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver gereinigt, nach Bedarf bearbeitet oder sofort verwendet.

Typische Schichtstärken für alle Materialien sind 15 – 150 µm.

Die Daten für die Führung des Laserstrahls werden aus einem 3D-CAD-Körper mittels Software erzeugt. Im ersten Berechnungsschritt wird das Bauteil in einzelne Schichten unterteilt. Im zweiten Berechnungsschritt werden für jede Schicht die Bahnen (Vektoren) erzeugt, die der Laserstrahl abfährt. Um die Kontaminierung des Werkstoffs mit Sauerstoff zu vermeiden, findet der Prozess unter Schutzgasatmosphäre mit Argon oder Stickstoff statt.

Durch Selektives Laserschmelzen gefertigte Bauteile zeichnen sich durch große Bauteildichten (> 99 %) aus. Dies gewährleistet, dass die mechanischen Eigenschaften des generativ hergestellten Bauteils weitgehend denen des Grundwerkstoffs entsprechen.

Es kann aber auch gezielt, nach bionischen Prinzipien oder zur Sicherstellung eines partiellen E-Moduls, ein Bauteil mit selektiven Dichten gefertigt werden. Im Leichtbau der Luft- und Raumfahrt und bei Körperimplantaten sind solche selektive Elastizitäten innerhalb eines Bauteils oft gewünscht und mit konventionellen Verfahren so nicht herstellbar.

Gegenüber konventionellen Verfahren (Gussverfahren) zeichnet sich das Laserschmelzen dadurch aus, dass Werkzeuge oder Formen entfallen (formlose Fertigung) und dadurch die Produkteinführungszeit reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die große Geometriefreiheit, die Bauteilformen ermöglicht, die mit formgebundenen Verfahren nicht oder nur mit großem Aufwand herstellbar sind. Des Weiteren können Lagerkosten reduziert werden, da spezifische Bauteile nicht bevorratet werden müssen, sondern bei Bedarf generativ hergestellt werden.

SLM ist gem. Markenregistereintrag 30094322, Deutsches Patent- und Markenamt eine Wortmarke der SLM Solutions Group. In der Fachliteratur wird SLM als Abkürzung für das Verfahren des Selektiven Laserschmelzens verwendet.

 

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