VMR - Prototypen und Kleinserien aus Kunststoff und Metall

Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001:2015 (en)

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Lars Blankenburg, MBA

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Marco Sciacca

Vertrieb & Projektmanagement
+49 (0) 77 21 – 95 30 – 49
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Baustufenhöhen:
materialabhängig zwischen 0,02 und 0,06 Millimeter

Plattformgrößen:
in Titan und Aluminium: 280 x 280 x 360 Millimeter
in Stahl und Edelstahl: 250 x 250 x 300 Millimeter

Relative Dichte:
materialabhängig zwischen 99,5 und 99,9%

Baubare Wandstärken:
Kontur- und Baulagen-abhängig ab ca. 0,3 Millimeter

Oberflächenrauigkeit:
nach dem Prozess: ca. Rz 40-50 je nach Material
VMR-Auslieferungsstandard: Rz 15-25
optional bis Ra 0,2 möglich

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Selektives Laserschmelzen (SLM) / 3D-Druck Metall

Was ist 3D-Druck mit Metall?

Der 3D-Druck in Metall steht für alle Verfahren, bei denen Metallteile additiv hergestellt werden. Bei uns geschieht dies durch Selektives Laserschmelzen (Engl. selective lasermelting) oder kurz SLM. Das Verfahren eignet sich unter anderem um Prototypen in hochwertigen Werkstoffen, funktionsfähige Teile für den Endgebrauch in Serie oder komplexe Baugruppen einteilig herzustellen. Ein bis über 50 Teile sind abhängig von Größe und Komplexität in 3-5 Arbeitstagen versandfertig. Verschieben Sie die Grenzen der Machbarkeit nach oben und entdecken Sie wie man die Technologie richtig nutzt:

Wie funktioniert das Selektive Laserschmelzen (SLM)?

Beim Selektiven Laserschmelzverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Metallteile handelt es sich prinzipiell um ein Schweißverfahren. In der grundlegenden Funktion ist SLM also direkt verwandt mit den bekannten Elektroden- oder Schutzgas-Schweißverfahren. Die Unterschiede: Statt eines Lichtbogens dient bei SLM ein Laser als Wärmequelle, der das in Pulverform vorliegende Metall in einer inerten Atmosphäre verschweißt. Als Schutzgas wird reines Argon verwendet. Der Schweißprozess läuft zur Stabilisierung unter Vakuum ab. Das Selektive Laserschmelzen zählt zu den additiven Fertigungsverfahren und ist umgangssprachlich auch als 3D-Druck Metall bekannt.

Der Ablauf des Selektiven Laserschmelzens:

Grundvoraussetzung für die Produktion ist ein vorhandener 3D-Datensatz im stl-  oder stp-Format. Dieser wird an die Steuerung der SLM-Anlage gesendet. Ein sogenannter Slicer schneidet die 3D-Daten in einzelne Schichtinformationen auf. Die Höhe der Schichtinformationen entspricht der programmierten Baustufenhöhe, die materialabhängig ist. Bevor der Vorgang des Selektiven Laserschmelzens gestartet werden kann, muss die Bauplattform (auch Substratplatte genannt) im Arbeitsraum montiert werden. Die Anlage verfügt nur über eine einzige gesteuerte Achse, mit der die Substratplatte vor jedem Materialauftrag um den Wert der Baustufenhöhe nach unten gefahren wird.
Ist die Maschine gestartet und die Substratplatte einen Step nach unten gefahren, wird das Metallpulver gleichmäßig über die gesamte Bauplattform verteilt. Diese Aufgabe übernimmt der sogenannte Wischer. Dann brennt der Laser die erste Schichtinformation in das lose Pulver und verschweißt es mit der Substratplatte. Der Vorgang wiederholt sich, bis das komplette Bauteil fertiggestellt ist. Danach fährt die Substratplatte nach oben in die Ausgangsposition.

Bevor die Tür des Arbeitsraums geöffnet werden kann, muss das additiv gefertigte Bauteil erst abkühlen. Ist die erforderliche Mindesttemperatur erreicht, räumt der Bediener durch einen Handschuhzugang von außen das überschüssige Pulver von der Plattform. Dieses Pulver wird in einer an die Anlage angeschlossenen Aufbereitungsanlage für einen erneuten Baulauf aufbereitet.

 

Die Wärmebehandlung im Metall 3D-Druck:

Werden Metalle in Schmelzprozessen verarbeitet, entstehen Spannungen im Gefüge der Bauteile. Diese zeigen sich dann in Verzug oder in anderen unerwünschten Eigenschaften. Um diese Effekte im dreidimensionalen Metalldruck zu minimieren und das Gefüge zu homogenisieren, werden die additiv erzeugten Metallteile einer Wärmebehandlung unterzogen. VMR verfügt über eigene Ofenanlagen, so dass unterschiedliche Glühprozesse direkt in unserem Haus vorgenommen werden können. Dazu zählen:

  • Spannungsarmglühen
  • Lösungsglühen
  • Härten / Warmauslagern

Bei der Wärmebehandlung sind neben den legierungsabhängigen Faktoren auch der spätere Einsatzzweck oder die Toleranzlage der fertigen Bauteile entscheidend. Wenn diese erfüllt sein müssen, wird gegebenenfalls auch eine Abfolge unterschiedlicher Glühprozesse erforderlich. Die Wärmebehandlung spielt bei gedruckten Metallteilen daher eine eminent wichtige Rolle. Eine gezielte Wärmebehandlung ist ein entscheidender Qualitätsfaktor!

Vergewissern Sie sich vor einer Bestellung von 3D-Druckteilen aus Metall, ob der Anbieter diese Anforderungen auch wirklich erfüllen kann. Wir von VMR gehören auf jeden Fall dazu!

Die Nachbearbeitung von Metall 3D-Druck Teilen:

Nur auf neuesten Anlagen hergestellte Metallteile verfügen über nahezu die gleichen physikalischen Eigenschaften wie vergleichbare Bauteile, die aus Halbzeugen gefertigt sind. Die erreichbare Dichte liegt dann bei über 99,5%. Die im 3D Druck Metall gefertigten Bauteile können im Anschluss mit allen bekannten Metallbearbeitungsverfahren nachbearbeitet werden. Bei VMR stehen hierzu folgende Verfahren zur Verfügung:

  • Strahlverfahren
  • CNC-Zerspanung (Fräsen, Drehen, Schleifen, Erodieren, Bohren)
  • Oberflächenverfahren
  • Beschichtungsverfahren
  • Härteverfahren

Die Qualitätssicherung im 3D-Druck Metall:

Gerade in der Serienproduktion spielt die Qualitätssicherung eine große Rolle. Schnelle und übersichtliche QS-Ergebnisse erhalten Sie durch einen 3D-Scan mit Falschfarbenvergleich. Ein zusätzliches Messprotokoll garantiert Ihnen, dass Ihre Anforderungen erfüllt werden. Mit eigener Qualitätssicherung im Haus deckt VMR folgende Bereiche ab:

  • Kerb- und Zugschlagproben
  • Taktile Vermessung
  • Berührungslose Streifenlichtprojektion

Der Zusammenhang von Teilequalität und Kosten beim Selektiven Laserschmelzen

Die Qualität der Bauteile wird im Wesentlichen durch das erzeugte Gefüge bestimmt. Daher gilt auch für das Selektive Laserschmelzen der Satz: 3D Druck ist nicht gleich 3D Druck!
Um ein Gefüge zu erhalten, das seinen Bauteilen optimale Eigenschaften gibt, spielt die Baustufenhöhe eine zentrale Rolle. Je größer die Baustufenhöhe gewählt wird, desto schneller läuft der Prozess und desto günstiger ist der Preis. Aber VORSICHT: Wenn die Teile die dem Halbzeug entsprechenden Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Bruchdehnung oder Dichtigkeit gegenüber flüssigen oder gasförmigen Medien aufweisen sollen, dann müssen sie zwangsläufig in den kleineren Baustufen hergestellt werden!

VMR setzt den Fokus seit 1992 auf Qualität – so auch bei SLM-Teilen. Nur in Ausnahmefällen oder auf besonderen Kundenwunsch erstellen wir die Bauteile auch in größeren Baustufen. Ein weiteres VMR-Qualitätskriterium ist die Oberflächenqualität der ausgelieferten SLM-Teile. Hier haben wir uns einen Namen gemacht, der von vielen Kunden als "Lieferant mit der besten Teilequalität" bezeichnet wird. Schon im Jahr 2015 haben wir für die Nachbearbeitung der additiv hergestellten Metallteile einen VMR-Standard definiert. Darin wird die prozessbedingte Oberflächenrauigkeit mit ca. Rz 50 von uns auf ca. Rz 15-25 reduziert. Werden feinere Oberflächen benötigt, dann liefern wir auch das. Bei einem aktuellen Medizintechnikprojekt erreichen wir einen Oberflächengüte von Ra 0,2.

Bevor Sie also nun in einen Wettbewerbsvergleich gehen, um nur die Kosten zu vergleichen, bedenken Sie auch die genannten Qualitätskriterien und ob sich diese mit den Anforderungen an Ihre gewünschten Teile decken. Nur so kommen Sie zu einem objektiven Ergebnis.

Abgrenzung zu anderen 3D-Druck Metall Verfahren

Das Selektive Laserschmelzen gehört zu den pulverbettbasierten Verfahren. Ein weiteres Verfahren, dass in diesem Zusammenhang häufig genannt wird ist das Direkte Metall-Lasersintern (DMLS). Beim Lasersintern wird der Pulverwerkstoff nicht vollständig augeschmolzen, sondern nur soweit erhitzt, dass sich die Partikel verbinden. Das Ergebnis ist ein unter Umständen poröses Bauteil. Beim Laserschmelzen dagegen werden die einzelnen Metallpulverpartikel soweit aufgeschmolzen, dass sie sich mit dem umliegenden Material verbinden. So entsteht ein 3D-Druck Metall Bauteil mit einer Dichte von bis zu 99,9% mit praxisnahen Werkstoffeigenschaften.

Auch gegenüber weiteren 3D-Druck Metall Verfahren besticht das Selektive Laserschmelzen mit seinen Ergebnissen hinsichtlich Gefüge und Oberfläche. Auftragsverfahren wie das Laserauftragsschweißen (LMD) und der Metallpulverauftrag sind zwar schneller, dafür aber deutlich gröber und ungenauer. Auch extrusionsbasierte Verfahren wie von Desktop Metal oder Markforged können da nicht mithalten.

Zögern Sie nicht Ihre Ansprechpartner bei VMR bei konkreten Anwendungen oder Vergleichsangeboten zu kontaktieren. Mit langjähriger Expertise im 3D-Druck Metall beraten wir Sie gerne!

Konkrete Anwendung von 3D-gedruckten Metallteilen

Aus unserer Sicht sind additive Metallteile aus keiner Branche mehr wegzudenken. So vielfältig diese Branchen und deren spezifische Anforderungen sind, so vielfältig sind auch deren Bauteile. Typische Anwendungen für den 3D-Druck in Metall sind nach wie vor die Herstellung von Prototypen und Einzelteilen. Der Vorteil: Sie können direkt und ohne große Vorbereitungszeit gefertigt werden. Häufig können wir Lieferzeiten innerhalb von 3-5 Arbeitstagen möglich machen. So wurden bei dem oben abgebildeten Blechteil 4 Wochen Zeit und 80% der Kosten im Vergleich zur konventionellen Fertigung eingespart. Alle Hintergründe zu dem Projekt erfahren Sie hier.

Das größte Potenzial des Selektiven Laserschmelzens liegt in der Serienfertigung

Die größten Benefits können in der Serienfertigung erzielt werden, wenn in die 3D Druck Metallteile gleich mehrere Funktionen integriert werden können: zum Beispiel Gehäuse, die doppelwandig ausgeführt werden, um die Einbauteile auf konstanter Temperatur zu halten. Oder wenn vorher mehrteilige Baugruppen mit der additiven Fertigung "an einem Stück" gedruckt werden können. Auch interessant sind natürlich Anwendungen, bei denen das Gewicht optimiert werden muss, denn in additiver Bauweise können x-fache Gewichtseinsparungen umgesetzt werden. So hat das VMR-Team eine ursprünglich fast 2 Kilogramm schwere Vorrichtung für den Maschinenbau umkonstruiert. Das neue Leichtgewicht legt mit 330 Gramm eine enorme Gewichts- und Materialverringerung hin. Geringere Kosten und ein verbessertes Endprodukt sind das Ergebnis.

In unserer Produktion laufen mehrere innovative Serien. Dazu gehört eine Kleinserie aus Edelstahl bei der 100 Teile in 10 Arbeitstagen verfügbar sind. Wenn Sie sich für diese Themen interessieren und nähere Informationen wünschen, dann sprechen Sie mit uns. Wir sind Ihr Dienstleister für die additive Fertigung in Metall!

Als kompetenter Dienstleister für 3D Druck in Metall decken wir die komplette Prozesskette ab. Verschaffen Sie sich einen Überblick über die einzelnen Prozessschritte in der additiven Metallfertigung und entdecken Sie unsere Serienreife. Außerdem unterstützen wir Sie gerne in der Konstriktion, Bionik und Topologieoptimierung Ihrer Bauteile. Verschaffen Sie sich einen Vorteil gegenüber Ihren Wettbewerbern und nutzen Sie die Möglichkeiten, die Ihnen die additive Metallfertigung bietet!

Sie möchten persönlich beraten werden oder eine Anfrage stellen? Unsere Ansprechpartner freuen sich auf Ihre Kontaktaufnahme.

Titan versus Edelstahl in der additiven Fertigung: lohnende Rechnung für kluge Köpfe

Maschinenlaufzeiten und die damit verbundene Kosten sind nach wie vor der entscheidende Faktor. Gerade wenn zwei – auf den ersten Blick sehr unterschiedliche – Werkstoffe mit durchaus ähnlichen Eigenschaften aufwarten, sollte man in der additiven Fertigung mehr betrachten als nur den Kilopreis des Rohstoffs.

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