Vom Pulver zum Bauteil
Richtlinien des VDI informieren über die Vorteile additiver Verfahren in der Laserfertigung.
Rapid Prototyping und 3D-Druck – unter diesen Namen sind die additiven (generativen) Fertigungsverfahren in der Öffentlichkeit bekannt. Unter „additiv“ lassen sich alle Herstellverfahren zusammenfassen, bei denen der Werkstoff zur Erzeugung eines Bauteils schrittweise hinzugefügt wird. Das steht im Gegensatz zu den klassischen subtraktiven Verfahren wie Fräsen, Bohren und Drehen, die Material abtragen, um das endgültige Bauteil zu erzeugen.
Abb.: Miniatursiebe aus dem Strahlschmelzverfahren im Größenvergleich mit einem Streichholzkopf. (Bild: G. Jell Werkzeugelemente)
Rapid Prototyping fasst alle additiven Verfahren zusammen, in denen Prototypen zur weiteren Begutachtung entstehen. Diese Prototypen stimmen hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit oder Farbe meist nicht mit dem endgültigen Produkt überein. Beim 3D-Druck sorgt starke Hitze dafür, dass ein Kunststofffaden aufschmilzt – ähnlich wie bei einer Heißklebepistole. Wo weiteres Material fehlt, fügt der 3D-Drucker punktgenau einzelne Materialtropfen Schicht für Schicht hinzu. So wächst das Bauteil zum endgültigen Zustand heran. Doch es gibt auch andere Konzepte, um Bauteile additiv herzustellen: Man kann das Ausgangsmaterial pulverisieren und in einer dünnen Schicht auf die Arbeitsfläche auftragen. Wenn man es nun punktgenau mit einem Laser aufschmilzt, wächst das aufgeschmolzene Material beim Wiedererstarren mit den darunter liegenden Strukturen und der direkten Nachbarschaft zusammen. Ist eine Schicht fertig, folgt wieder eine dünne Schicht frisches Pulver und der Vorgang beginnt von Neuem. Der Vorteil des Laser-Verfahrens ist, dass es nicht nur mit Kunststoffen funktioniert. Bei der Metallverarbeitung mit diesem Verfahren, spricht man von Strahlschmelzen, bei Kunststoffen von Lasersintern. Die Bauteile, die so enstehen, weisen so gute mechanische Eigenschaften auf, dass sie als finale Produkte Verwendung finden können. Man spricht dann von Rapid Manufacturing.
Der Fachausschuss hat die finale, zweisprachige Fassung (deutsch / englisch) der zugehörigen Richtlinie überarbeitet und sie nun erschienen. Für Konstrukteure, die bislang keine praktische Erfahrung mit additiven Fertigungsverfahren haben, sind die Ergebnisse eines Ringversuchs mit martensitausgehärtetem Werkstoffstahl 1.2709 sicherlich besonders interessant. Es werden wichtige mechanische Kenngrößen dieses Stahls bei der Verarbeitung mit Strahlschmelzen mit denen von konventionellem Stangenmaterial aus dem gleichen Werkstoff verglichen. Die guten mechanischen Eigenschaften der mit Strahlschmelzen oder Laser-Sintern hergestellten Bauteile ermöglichen es, Endprodukte direkt mit diesen Verfahren herzustellen. Was liegt da näher, als die besonderen Möglichkeiten, die dieses Herstellungsverfahren hinsichtlich der geometrischen Gestaltung eines Bauteils bietet, direkt zu nutzen? Ein neuer Richtlinienausschuss „Konstruktionsempfehlungen“ hat sich gebildet, der für die Konstrukteure die besonderen Potentiale aber auch die Grenzen dieses Fertigungsverfahrens beschreibt.
Viele Zweige des produzierenden Gewerbes zeichnen sich durch hochwertige, individuelle Produkte aus, die in kleinen oder mittleren Stückzahlen entstehen. In diesem Segment kann die Nutzung der additiven Fertigung wichtige Vorteile bieten.
VDI / CT
