Sinterbasiertes Fertigungsverfahren

Ein sinterbasiertes Fertigungsverfahren, auch selektives Sintern oder Strahlschmelzen genannt, ist ein spezielles Generatives Fertigungsverfahren, das auf dem Fertigungsverfahren Sintern beruht. Das Verfahren zeichnet sich im Vergleich zum Sintern dadurch aus, dass nur ausgewählte Stellen eines Werkstoffs verfestigt werden. Wie andere generative Verfahren beruht das selektive Sintern auf einem schichtweisen Aufbau des herzustellenden Objekts.

Eine Anlage für das selektive Sintern besteht im Wesentlichen aus einer Energiequelle zur Erzeugung eines Energiestrahls, einem Umlenksystem, einem mit Pulver gefüllten Bauraum mit absenkbarer Plattform und einem Pulvernachführsystem einschließlich einer Verteilwalze (s. Abbildung 1).

Zunächst befindet sich die Plattform in der obersten Position und wird durch die Walze mit einer dünnen Schicht Pulver bestrichen. Ein Energiestrahl wird gezielt auf einzelne Stellen der Pulverschicht gelenkt, wodurch das Material an diesen Stellen kurzzeitig an- bzw. aufgeschmolzen wird. Durch Wärmeleitung kühlt es rasch wieder ab. Beim Abkühlen verfestigt sich das Material und bildet dadurch einen festen Bereich innerhalb der Pulverschicht. So wird gezielt eine einzelne Bauteilschicht erstellt. Die Plattform wird nun geringfügig abgesenkt und der Prozess wiederholt sich von Neuem: Die Walze verteilt erneut eine neue Schicht Pulver, die die erste Schicht überstreicht. Dann wird wiederum ein Teil der neuen Schicht einschließlich der Vorgängerschicht durch den Energiestrahl erhitzt und beim Abkühlen bildet sich eine neue Schicht, die mit der Vorgängerschicht verbunden ist. Dies wird solange wiederholt bis alle Schichten des Werkstücks abgearbeitet wurden. Das nicht aufgeschmolzene Pulver verbleibt dabei jeweils als Stützmaterial in der Maschine. Erst nach dem Abkühlen wird das Werkstück aus dem Pulverbett entnommen und vom verbleibenden Pulver und eventuell angesinterten Randbereichen befreit.

Das verbleibende Pulver ist je nach Situation und Material erneut nutzbar oder muss entsorgt werden. Während des gesamten Prozesses wird der Bauraum nach Möglichkeit bis knapp unter die Schmelztemperatur des Pulvermaterials aufgeheizt, sodass durch den Energiestrahl nur noch wenig zusätzliche Energie eingebracht werden muss. Um eine Oxidation des Pulvers zu vermeiden werden entsprechende Anlagen häufig unter einer Schutzatmosphäre betrieben.

Als Varianten werden für das beschriebene Pulverbettverfahrens verschiedene Energiequellen genutzt:

• Selektives Lasersintern: Bei dieser Verfahrensvariante wird ein Laserstrahl als Energiequelle eingesetzt. Es handelt sich dabei um die ursprüngliche Variante des selektiven Sinterns, weshalb die Begriffe selektives Sintern und selektives Lasersintern häufig synonym verwendet werden.
• Elektronenstrahlsintern: Beim Elektronenstrahlsintern wird statt eines Lasers ein Elektronenstrahl als Energiequelle genutzt.
• Infrarotsintern: Beim Infrarotsintern wird die oberste Materialschicht durch eine Maske abgedeckt, wodurch nur die nicht abgedeckten Bereiche einer Schicht aufgeschmolzen werden.

Ein Vorteil des selektiven Sinterns im Pulverbett besteht im Vergleich zu einigen anderen generativen Verfahren darin, dass das Pulver als Stützmaterial im Prozess verbleibt, wodurch keine separaten Stützstrukturen notwendig sind. In einigen Fällen, beispielsweise zum Ausgleich von Spannungen, können allerdings entsprechende Strukturen vorgesehen werden. Eng verwandt mit den Verfahren dieser Gruppe ist das Fertigungsverfahren Lasergenerieren; dort wird allerdings kein Pulverbett verwendet, sondern Material über eine Düse zugeführt.

Sinterbasierte Verfahren können zur Bearbeitung unterschiedlicher Materialien wie z. B. Kunststoffe wie Polycarbonat, Polystyrol oder Polyamid, Metalle, Keramiken oder Quarzsand verwendet werden.

Synonym(e):

selektives Sintern, Strahlschmelzen

Englische Übersetzung(en):

selective sintering process