Lektion 8.3UrformenKapitel 8 · Additive Fertigung

Selektives Lasersintern (SLS)

Ein Laser verschmilzt Nylonpulver in einem Bett; das lose Pulver stützt das Teil (Pulverbettfusion)

Beim selektiven Lasersintern (SLS) verschmilzt ein Laser feines Kunststoffpulver, meist Nylon, Schicht für Schicht. Das lose Pulver rund um das Teil hält es fest, daher sind keine Stützen nötig. Das Verfahren ist wichtig, weil es stabile, funktionsfähige Kunststoffteile in kleinen Serien liefert, etwa Drohnenrahmen, Kanäle und individuelle Orthesen.

Foto: newman72, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

SLS-Baukammer im Querschnitt: Laser, Heizungen, Beschichter, Kolben und PulverDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten; die Schritte 3 bis 5 wiederholen sich für jede Schicht.

So funktioniert es

Das Modell in Schichten schneiden. Eine Software zerlegt das 3D-Modell in dünne Schichten. Viele Teile können zusammen angeordnet, sogar gestapelt werden, um das gesamte Bauvolumen zu füllen.
Die Kammer aufheizen. Heizungen halten das Pulverbett knapp unter seinem Schmelzpunkt, bei Nylon 12 etwa 170 °C. Der Laser muss dann nur noch etwas zusätzliche Energie einbringen.
Eine Schicht auftragen. Der Vorratskolben steigt, und ein Beschichter (eine Walze oder Klinge) streicht eine dünne Pulverschicht, typischerweise 0,1 mm, über das Baufeld.
Die Schicht verschmelzen. Ein Laser, von schnellen Spiegeln gelenkt, fährt den Querschnitt des Teils ab. Er sintert die Körner (verschmilzt sie durch teilweises Aufschmelzen) miteinander und mit der Schicht darunter.
Absenken und wiederholen. Der Baukolben senkt sich um eine Schicht, und die Schritte 3 bis 5 wiederholen sich. Das nicht verschmolzene Pulver bleibt an Ort und Stelle und stützt jeden Überhang.
Abkühlen, ausgraben, reinigen. Der Pulverblock, der Kuchen genannt wird, kühlt langsam ab, oft etwa so lange, wie der Druck gedauert hat. Dann werden die Teile ausgegraben, das anhaftende Pulver abgestrahlt, und das übrige Pulver wird zur Wiederverwendung mit frischem Pulver gemischt.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Vor allem Nylon (PA12, PA11); auch glas- oder carbongefülltes Nylon, flexibles TPU, Polypropylen und hochtemperaturfestes PEEK
Typische Teile: Funktionsprototypen, Gehäuse, Schnappverbindungen und Filmscharniere, Kanäle, Halterungen, individuelle Orthesen und Griffe
Bauteilgröße: Etwa 15–30 cm Kantenlänge bei Tischgeräten; industrielle Maschinen bis etwa 70 cm
Präzision: Etwa ±0,3 mm oder etwa ±0,3 % bei größeren Teilen
Oberfläche: Matt und leicht körnig wie feines Schleifpapier; oft eingefärbt, trommelpoliert oder dampfgeglättet
Geeignete Losgröße: 1 bis einige Tausend Teile; ein Bauauftrag kann Dutzende bis Hunderte kleiner Teile aufnehmen
Werkzeug- und Maschinenkosten: Kein Werkzeug; Tischsysteme kosten Zehntausende Dollar, Industriesysteme Hunderttausende
Geschwindigkeit: Etwa einen halben bis einen Tag pro Bauauftrag, plus mehrere Stunden oder mehr zum Abkühlen

Stärken und Grenzen

Stärken

Keine Stützen, daher können Teile verschachtelt und gestapelt werden, um das ganze Volumen zu füllen
Feste, zähe Nylonteile, zwischen den Schichten fast so stabil wie entlang der Schichten
Komplexe Formen: Gitterstrukturen, Innenkanäle, sogar fertig montiert gedruckte Scharniere
Niedrige Kosten pro Teil, wenn ein Bauauftrag voll gepackt ist

Grenzen

Maschinen und Pulver kosten weit mehr als bei FDM
Raue, leicht poröse Oberfläche, die nachbearbeitet werden muss und Schmutz aufnehmen kann
Lange Abkühlzeit, bevor man die Teile auspacken kann
Staubiger Umgang mit dem Pulver, und bei jedem Bauauftrag muss etwas frisches Pulver zugegeben werden

Wo es eingesetzt wird

Luft- und RaumfahrtLuftkanäle und Halterungen für Flugzeuge und Drohnen
MedizinIndividuelle Orthesen, Prothesenschäfte, Operationsschablonen
KonsumgüterBrillenfassungen, Sportartikel, Gehäuse in Kleinserie
AutomobilbauPrototypen, Clips, Kanäle und Teile für kleine Serien
IndustrieRobotergreifer, Spannvorrichtungen, Ersatzteile

So erkennen Sie es

Eine matte, leicht sandige Oberfläche, oft cremeweiß, grau oder schwarz eingefärbt.
Nirgends Stützspuren, selbst unter steilen Überhängen nicht.
Schwache, weiche Schichtlinien auf gekrümmten Flächen, viel weniger sichtbar als FDM-Rillen.
Kleine Austrittslöcher an Hohlteilen, damit das eingeschlossene Pulver herausgeschüttet werden konnte.

Im Vergleich mit

FDM8.1weit günstigere Maschinen, braucht aber Stützen und liefert schwächere, ungleichmäßigere Teile.Laser-Pulverbettschmelzen8.4dieselbe Pulverbett-Idee mit Metall; es schmilzt das Pulver vollständig, braucht Stützen und kostet viel mehr.Spritzgießen2.1ab einigen Tausend Stück weit günstiger pro Teil, braucht aber eine teure Stahlform.

Ansehen

Dr. D-Flo · Das SLS-Prinzip für Einsteiger erklärt

Formlabs Support · Im Inneren der Maschine: Laser, Beschichter und Heizung

Vision Miner · Der ganze Ablauf, vom Drucken über das Ausgraben bis zum Strahlen

EOS 3D Printing · Industrielles SLS in der Serienfertigung

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Selektives Lasersintern — beschriftetes Prozessschema und Fotos von SLS-Teilen
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

SLS verschmilzt Kunststoffpulver mit einem Laser, Schicht für Schicht, in einem beheizten Bett.
Das lose Pulver stützt das Teil, daher sind keine Stützen nötig und Teile lassen sich stapeln.
Die Teile sind fest, aber körnig und brauchen Stunden zum Abkühlen und Reinigen.