SLS-Drucker gehören zu den 3D-Druck-Technologien, die mit Kunststoffen arbeiten. 17 verschiedene Polymer-3D-Druck-Technologien sind, nach dem aktuellen Marktreport des Strategieberatungs-Unternehmen AMPower, derzeit bekannt. Sie alle befinden sich in unterschiedlichen Stadien der technologischen und industriellen Reife. Grund genug Ihnen in der Serie „Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker“ einen Überblick zu geben.
Evelin Eitelmann, Redakteurin, Zentralredaktion Konradin Industrie
- Teil 2 der Serie Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker beschäftigt sich mit FDM-Druckern, die im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren bzw. Fused-Deposition-Modeling-Verfahren arbeiten.
- Teil 3 der Serie Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker beschäftigt sich mit SLA-Druckern, die im Stereolithografie-Verfahren arbeiten.
Inhaltsverzeichnis
1. Was ist ein SLS-Drucker?
2. Wie ist ein SLS-Drucker aufgebaut?
3. Wie funktioniert ein SLS-Drucker?
4. Welche Vorteile hat das Selektive Laser Sintern?
5. Wer sind die Hersteller von SLS-Druckern?
Was ist ein SLS-Drucker?
Der SLS-Drucker gehört zu den additiven Fertigungsmaschinen. Das Kürzel SLS verweist auf das Verfahren, mit dem 3D-gedruckt, beziehungsweise additiv gefertigt, wird: Selective Laser Sintering. Dabei wird Polymerpulver (pulverisierter Kunststoff) mittels eines meist beweglichen Laserstrahls schichtweise selektiv lokal gesintert und verfestigt. Das gewünschte Bauteil oder Werkstück entsteht im Querschnitt.
SLS-Drucker arbeiten also im sogenannten Pulverbett-Verfahren, was für den Aufbau eines solchen 3D-Druckers noch wichtig sein wird.
Wie ist ein SLS-Drucker aufgebaut?
Die wesentlichen Komponenten eines SLS-Druckers sind:
- Heizspiralen: Heizspiralen heizen den Bauraum, beziehungsweise das Pulver im Bauraum auf. Sie liegen unterhalb der Baukammer.
- Baukammer: Die Baukammer ist Zentrum eines jeden 3D-Druckers. Alle anderen Komponenten befinden sich um sie herum und hier spielt sich der 3D-Druck-Prozess ab: In der Baukammer entsteht im Pulverbett das 3D-gedruckte Bauteil.
- Pulverförderkammer: Die Pulverförderkammer enthält das Polymerpulver, das im Laufe des 3D-Druck-Jobs zum Einsatz kommt. Sie befindet sich neben der Baukammer.
- Rolle (Rakel oder engl. Recoater): Mit Hilfe der Rolle wird Schicht um Schicht Polymerpulver während des 3D-Druck-Jobs aufgetragen. Sie bewegt sich über die Pulverförderkammer und den Bauraum hinweg.
- Laser: Es gibt verschiedene Arten von Lasern, die für SLS-Drucker geeignet sind. Einige der am häufigsten verwendeten Laser sind CO2-Laser und Faserlaser. Um den Laserstrahl treffsicher zu positionieren, kann ein Spiegel eingesetzt werden.
Zudem sorgen diverse elektrotechnische Bauelemente, Antriebstechnik, Sensoren und ein Bedienfeld für die Automatisierung des 3D-Druck-Prozesses. Und schlussendlich dürfen dort, wo ein Laser ist, unter anderem aufgrund des Arbeitsschutzes weder eine Einhausung um den SLS-Drucker noch eine Lüftungsanlage fehlen.
Wie funktioniert ein SLS-Drucker?
Innerhalb der Baukammer des SLS-Druckers befindet sich eine Plattform. Hierauf wird eine erste Schicht des Polymerpulvers verteilt. Danach erhitzen die Heizspiralen das Polymerpulver, dessen Temperatur unterhalb seines Schmelzpunktes liegen sollte. Dieser Vorgang soll den eigentlichen SLS-Prozess erleichtern. Im Anschluss erhitzt der Laser die erste Schicht des Polymerpulvers an genau den Stellen, an denen das Bauteil entstehen soll. Man kann sagen, dass die Partikel dabei mechanisch verschweißt werden. Der Werkstoff härtet an diesen Stellen.
Die Plattform senkt sich. Mit Hilfe der Rolle wird aus der Pulverförderkammer die nächste Schicht Polymerpulver aufgetragen, die der Laser dann wieder sintert. Schicht um Schicht entsteht so ein Bauteil. Das Polymerpulver, das sich um das entstehende Werkstück und in dessen Zwischenräumen befindet, dient als Stütze. So sind beim SLS-Verfahren anders als bei anderen 3D-Druck-Verfahren keine weiteren Stützstrukturen notwendig.
Bild: Igus
Welche Vorteile hat das Selektive Laser Sintern?
Bauteile, die im Selektiven-Laser-Sinter-Verfahren (SLS) hergestellt werden, weisen derart gute Eigenschaften auf, dass sie gleich verwendet werden können (Rapid Manufacturing). Sie liegen in ihren Eigenschaften nah an Spritzgussbauteilen: Sie sind schlagfest und mechanisch stabil.
Zudem können im SLS-3D-Druck komplexe geometrische Formen ohne Stützstrukturen entworfen und gedruckt werden. Es ergeben sich funktionelle Bauteile, die in sich beweglich sein können. Zudem sind Hinterschneidungen und überhängende Strukturen leicht realisierbar.
Kleinere Bauteile können gleichzeitig gedruckt werden, entweder nebeneinander oder mit Nesting-Funktionen auch übereinander. Das steigert die Produktionsrate.
Das dafür notwendige Polymer-Pulver kann wiederverwendet werden. Dadurch wird die Herstellung von Werkstücken je nach Anwendung kostengünstiger im Vergleich zu anderen additiven oder subtraktiven Herstellungsverfahren.
Bild: Wematter
Wer sind die Hersteller von SLS-Druckern?
Es liegt wohl in der Natur der Sache: Die Hersteller von 3D-Druckern, die im Selective-Laser-Sintering-Verfahren arbeiten, führen meist auch SLM-Drucker. Beide additiven Fertigungstechnologien arbeiten mit dem Pulverbett, jenes mit Kunststoffpulver, dieses mit Metallpulver. Hier eine Liste von SLS-Drucker-Herstellern, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit hat.
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Teil 2 der Serie Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker beschäftigt sich mit FDM-Druckern, die im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren bzw. Fused-Deposition-Modeling-Verfahren arbeiten.
Teil 3 der Serie Grundlagen-Wissen Kunststoff-3D-Drucker beschäftigt sich mit SLA-Druckern, die im Stereolithografie-Verfahren arbeiten.
Quellen:
https://de.3dsystems.com/selective-laser-sintering
https://www.eos.info/de/additive-fertigung/selektives-lasersintern
https://formlabs.com/de/blog/einfuehrung-sls-3d-druck/
https://sinterit.com/de/blog/sls-technologie/was-genau-ist-der-sls-3d-druck/
https://sls3d.de/wissen/was-ist-selektives-lasersintern/
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