Materialforschung

Selektives Lasersintern als bedeutende Verfahrenstechnik des Rapid Prototypings

Rapid Prototyping, Selektives Laserintern

Organtransplantationen mit künstlichen Organen? Vor einigen Jahren wurde man beim Aufstellen dieser These noch für verrückt gehalten. Doch heute ist es gar nicht mehr so unwahrscheinlich irgendwann eine Niere auf Abruf drucken zu lassen. Ein erster Schritt in diese Richtung wurde vom Fraunhofer Institut bereits entwickelt. Die Forscher möchten künstliche Blutgefäße zur Anbindung künstlicher Organe entwickeln. Doch Rapid Prototyping, ein Sammelbegriff für verschiedene Fertigungsverfahren, um vor allem kleinere Bauteile so einfach wie möglich herzustellen, begegnet man nicht nur in der Biomedizin und Medizintechnik. Das Hauptanwendungsgebiet findet sich viel mehr in der Kunststofftechnik wieder. Richtig angewandt verschafft sie Unternehmen bislang ungeahnte Möglichkeiten in puncto Produktinnovation und Designfreiheit.

Rapid Prototyping ist die schnelle Art sich neue Dinge zu bauen

Grundbaustein für diese Verfahrenstechnik war die Entwicklung von Anschauungsmodellen von komplizierten Prozessen. Heute allerdings ist die Technik bereits so fortgeschritten, dass die durch Selektives Lasersintern gedruckten Modelle nicht nur zur Veranschaulichung dienen, sondern tatsächlich in den gewünschten Anwendungsgebieten eingesetzt werden können und somit der herkömmlichen Art des Spritzgießens den Rang ablaufen.

Rapid Prototyping versteht sich als Sammelbegriff für verschiedene Fertigungsverfahren, um vor allem kleinere Bauteile so einfach wie möglich herzustellen. Gerade im Maschinenbau benötigt man winzige Teile, die durch Spritzgießen nicht so leicht hergestellt werden können, da die entstandenen Teile nicht biegsam genug sind oder wegen fehlender Hohlräume zu schwer sind. Mit Rapid Prototyping-Verfahren hingegen, so wie beispielsweise das Lasersintern von VISIOTECH, kann jede gewünschte Geometrie erstellt werden. Beliebige Hohlformen, Hinterschneidungen und unterschiedliche Wandstärken sind deshalb kein Problem für die neue Fertigungstechnik. Diese Vielzahl an Herstellungsmöglichkeiten bietet somit auch viel Potential, um einzigartige Bauteile herstellen zu können.

Die gewünschten Bauteile werden per CAD eingestellt und mit einer Vielzahl an Materialien hergestellt. Für die Herstellung eines solchen Bau- oder Ersatzteils gibt es mehrere Herstellungstechniken:

  • Laminated Object Modelling: Hier werden Papier und Folien schichtweise übereinander geklebt und durch einen Laserstrahl beschnitten
  • Stereolithografie: Ein Laserstrahl härtet lichtempfinlichen Kunstharz aus
  • Fuse Deposition Modelling: Kunststoff wird als Faden zugeführt, geschmolzen und schichtweise aufgetragen
  • Selektives Lasersintern: pulverförmige Materialien werden durch einen Laserstrahl geschmolzen und Schicht für Schicht geformt
    Rapid Prototyping
    Kleine Bauteile ganz einfach herstellen mit Selektives Lasersintern von VISIOTECH (Bild: © VISIOTECH GmbH / Screenshot)

Selektives Lasersintern für unbegrenzte Designfreiheit

Selektives Lasersintern ist aufgrund der kostengünstigen und flexiblen Präzisionsfertigung die einfachste Art kleinste Bauteile als Anschauungsobjekten und Prototypen herzustellen. Hierbei wird das gewünschte Material als Pulver verwendet, das anschließend von einem CO2-Laser zu Materialkörnchen verschmolzen wird. Von großem Vorteil ist auch, dass nicht nur feste Werkstoffe verwendet werden können, sondern auch gummiähnliche Erzeugnisse. Das neue Bauteil wird so Schicht für Schicht aufgebaut und kann dadurch einer hohen mechanischen und thermischen Belastbarkeit Stand halten. Selektives Lasersintern hat zudem diese weiteren Vorteile:

  • Kurze Entstehungszeit eines sofort einsatzfähigen Modells
  • Kein Formen-/Werkzeugbau erforderlich
  • Hohe Belastbarkeit der gefertigten Teile (mechanisch und thermisch)
  • Realisierung über standardisierte Bauraumgrößen hinausgehender Modelle
  • Problemloser modularer und präziser Teil-in-Teil-Aufbau von Hohlkörpern und Hinterschnitten
  • Vielfältige Veredelungsmöglichkeiten

Computergesteuerte Verfahrenstechniken übernehmen den Markt

Bereits 2013 konnte man sich auf der Euromold in Frankfurt über die neuesten Entwicklungen im Bereich computergesteuerte Verfahrenstechniken informieren. Und schon damals zeigte man sich davon überzeugt: Rapid Prototyping steht an der Schwelle zur Serienproduktion. Es wurde in der Technik ein dementsprechend großer Fortschritt erreicht, dass 3D-Drucker zu einem erschwinglichen Preis eingekauft werden können. Dies hat nicht nur zum Vorteil, dass auch private, eigenständige Unternehmen und Forscher diese Technik in ihre Dienstleistungsangebote integrieren können, sondern auch eine Steigerung der Produktivität. Betrachtet man die Produktionskosten, stellt man fest, dass einzelne Bauteile durch Selektives Lasersintern deutlich günstiger produziert werden können, als man für einen Spritzguss rechnen muss. Individuelle und aufwendige Fertigungen, mit vielen möglichen Hohlräumen und untypischen Formen, kann man so bei kleinem Budget ohne Bedenken drucken lassen. Auch Seriendrucke mit einer kleinen Stückzahl sind hierbei möglich. Mit Hilfe der Weiterentwicklung der Technik sind auch Seriendrucke mit einer hohen Produktionszahl kostengünstig umsetzbar.

Lydia Hagen

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