Direct Metal Laser Sintering (DMLS) 3D-Druck:Technologieüberblick

Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) gehört zur Kategorie der Pulverbettfusion (PBF) des 3D-Drucks und ähnelt der SLS-Technologie. Beim DMLS werden jedoch anstelle von Kunststoffpulvern Metallpulver verwendet, um Metallteile herzustellen, die sowohl für funktionale Prototypen als auch für Produktionsteile verwendet werden können.

Die Technologie des direkten Metall-Lasersinterns ähnelt der Technologie des selektiven Laserschmelzens (SLM), aber der Unterschied zwischen beiden Verfahren ist die Temperatur, die zum Schmelzen des Metallpulvers verwendet wird. SLM erhitzt, wie der Name schon sagt, das Metallpulver, bis es vollständig zu einer Flüssigkeit schmilzt. DMLS schmilzt das Metallpulver nicht, sondern sintert Hitzepartikel so weit, dass ihre Oberflächen miteinander verschweißen. Wie auch immer, beide Begriffe (SLM und DMLS) werden in der 3D-Druckindustrie oft synonym verwendet.

Wie funktioniert DMLS?

Der direkte Metall-Lasersinterprozess umfasst sechs grundlegende Schritte:

• Schritt 1 – Der DMLS-Prozess beginnt mit dem Aufteilen der 3D-Design-CAD-Dateidaten in einzelne extrem dünne Schichten, wobei für jede Schicht ein 2D-Modell erstellt wird
• Schritt 2 – Die Maschine verwendet einen optischen Hochleistungslaser im Baukammerbereich, der Inertgas enthält
• Schritt 3 – Es gibt eine Materialabgabeplattform und eine Konstruktionsplattform zusammen mit einer Walze, die verwendet wird, um neues Pulver Schicht für Schicht über die Konstruktionsplattform zu bewegen
• Schritt 4 – Beim Auftragen des Pulvers auf die Bauplattform beginnt der Laser seinen Weg für diese Schicht und sintert das Pulver selektiv zu einem Festkörper. Die Abfolge der Zugabe der Pulverschicht und des Sinterns wird fortgesetzt, bis das gesamte Teil fertig ist
• Schritt 5 – Nach dem Abkühlen wird das umgebende lose Metallpulver aus dem Drucker entfernt. Die letzten Schritte umfassen das Entfernen der Stützstruktur und andere Nachbearbeitungen
• Schritt 6 – DMLS-Teile können zur Weiterverarbeitung wie Metallteile aus konventioneller Metallbearbeitung behandelt werden. Dies kann maschinelle Bearbeitung, Wärmebehandlung oder Oberflächenveredelung umfassen.

Materialien für den DMLS-3D-Druck

Unter den am häufigsten verwendeten Materialien für DMLS bietet Xometry:

• Aluminium:wie AlSiMG
• Stahl:wie Werkzeugstahl MS1, Edelstahl 17-4, Edelstahl 316L
• Inconel:wie Inconel 718

Vorteile der DMLS-Technologie

Wenn Sie zu DMLS kommen, sind dies die wichtigsten Faktoren, die es eigenständig machen:

DMLS ermöglicht komplexe Designs

Ein Hauptvorteil von DMLS ist die Fähigkeit, Teile herzustellen, die nicht mit herkömmlichen Fertigungstechniken hergestellt werden können oder zu teuer sind. Das volle Potenzial von DMLS zeigt sich, wenn Ingenieure Teile mit komplexen Geometrien entwerfen, wie z. B. integrierte Befestigungsmerkmale, lange und schmale Kanäle oder Maschenstrukturen. DMLS erleichtert All-in-One-Montagen, die die Anzahl der Teile, die Montagezeit und die Fehlerquote reduzieren, indem mehrere Teile in einem einzigen Design kombiniert werden.

Schnelle Bearbeitungszeit

Der normale herkömmliche Prozess erfordert viel Zeit, um das Werkzeug vor der Fertigung einzurichten, was Vorrichtungen und Vorrichtungen umfasst, während das Teil in DMLS bei Bedarf ohne Hochfahren oder Werkzeugbestückung gedruckt werden kann, was im Vergleich zur CNC-Bearbeitung zu einer kürzeren Vorlaufzeit führt . Die Kombination aus reduzierter Vorlaufzeit und effizientem Prototyping-Prozess verkürzt die Durchlaufzeit. Dies ist einer der größten Vorteile von DMLS.

DMLS verwendet leichte und langlebige Komponenten

Aus Superlegierungen wie Inconel 718, AlSi10Mg und Kobalt-Chrom hergestellte Teile sind bekanntermaßen leicht im Vergleich zu ihren konventionell bearbeiteten Gegenstücken. Beispielsweise wurden die berühmten 3D-gedruckten Kraftstoffdüsen von GE für seine LEAP-Triebwerksfamilie früher aus 20 Einzelteilen hergestellt, die von unabhängigen Lieferanten stammten, aber die Verwendung von direktem Metall-Lasersintern (DMLS) führte zu einer einteiligen Komponente, die 25 Prozent leichter ist und fünfmal stärker als die Originalteile.

DMLS ermöglicht weniger Verschwendung

Vom Laser unberührte Metallpulver können recycelt und wiederverwendet werden. Pulverrecycling führt auch zu reduzierten Preisen. Der erzeugte Abfall ist deutlich geringer als bei einem herkömmlichen Verfahren wie CNC, bei dem viel Abfall in Form von Spänen anfällt, die als Ergebnis der Bearbeitung eines Metalls gemäß einem erforderlichen Design aus einem Metallblock entstehen und sehr schwer zu recyceln sind .

Überlegungen zur DMLS-Technologie

Abgesehen von den Vorteilen von DMLS gibt es einige Überlegungen. Der größte Konkurrent von DMLS wären die traditionellen Bearbeitungstechnologien wie CNC.

DMLS benötigt unterstützende Strukturen

Da DMLS zur Kategorie der pulverbasierten Fusion gehört, sind Stützstrukturen unvermeidlich und müssen am Ende mit Hilfe der Nachbearbeitung entfernt werden. Während der Nachbearbeitung wird das gedruckte Metallteil ähnlich wie ein herkömmlich hergestelltes Rohmetallteil behandelt, was bedeutet, dass das von DMLS hergestellte Teil nicht gebrauchsfertig ist und einige Arbeiten erfordert.

DMLS-Teile haben eine körnige Oberflächenbeschaffenheit

DMLS-gedruckte Oberflächen sind nicht so glatt wie Oberflächen mit CNC-Bearbeitung, und es ist nicht so einfach, die gewünschten Oberflächentexturen herzustellen. Wenn eine Nachbearbeitung durchgeführt werden muss, um das Finish zu verbessern und die Ästhetik zu verbessern, steigen auch die Kosten entsprechend.

Teuere Serienfertigung von DMLS-Teilen

Die Massenproduktion ist branchenübergreifend immer noch ein entscheidender Faktor, und hier hinkt DMLS im Vergleich zu herkömmlichen Techniken hinterher, und die Geschwindigkeit, mit der ein 3D-Drucker ein Objekt zusammenbauen kann, ist nicht mit der herkömmlichen Montagelinie vergleichbar. Daher wird DMLS hauptsächlich für eine Einheit bis hin zu einer kleinen Charge empfohlen.

Eingeschränkte Materialauswahl

Im Allgemeinen ist die Materialauswahl für den Metall-3D-Druck geringer, was ein einschränkender Faktor sein kann, wenn bestimmte Materialien für das erforderliche Teil benötigt werden, und muss bei der Entscheidung, welche technischen Eigenschaften Ihr Produkt haben soll, berücksichtigt werden.

Begrenztes Bauvolumen

Wenn eine große Teilegröße erforderlich ist, ist es immer besser, sich für die CNC-Bearbeitung zu entscheiden. Beispielsweise beträgt die für DMLS empfohlene Standardteilgröße bis zu 250 x 250 x 325 mm und für die CNC-Bearbeitung bis zu 2000 x 800 x 1000 mm. Der Größenvergleich zeigt deutlich die Unfähigkeit des 3D-Drucks bei der Herstellung riesiger Teile aufgrund seiner begrenzten Pulverbettgröße.

Schrumpfung und begrenzte Wiederholbarkeit

Mit DMLS ist es aufgrund des natürlichen Schwindungsprozesses sehr schwierig, identische Teile herzustellen. Beispielsweise weist ein zum ersten Mal gedrucktes Teil und ein ähnliches Teil, das zum 10. Mal gedruckt wird, mindestens 2 % Fehler in vertikaler Richtung (Z-Richtung) auf, was zu Schrumpfung führt. Die Dimensionsänderungen werden durch eine Kombination aus drei Quellen verursacht:Wärmeschrumpfung, Sinterschrumpfung und Ausdehnung, die entsteht, weil die Metallpartikel während des Sinterns herunterfallen.

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