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Generative Fertigungsverfahren - Selektives Sintern

Vor- und Nachteile des Selektiven Sinterns

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 66

Die Sinterverfahren erschließen gegenüber der Stereolithographie eine wesentlich größere Materialpalette. Darüber hinaus ist keine Nachvernetzung erforderlich. Die erzielbare Modellgenauigkeit ist jedoch geringer als bei der Stereolithographie.

Vorteile

Sintern und Schmelzen kann auf alle Materialien angewendet werden, die sich thermoplastisch verhalten. Damit erschließen die Sinterverfahren gegenüber der Stereolithographie eine wesentlich größere Materialpalette. Die resultierenden Bauteile sind mechanisch und thermisch belastbar. Je nach Material und Anwendungsfall können sie als Funktionsmodell, oft sogar als Endprodukte eingesetzt werden. Sinterverfahren sind daher der Schlüssel zum Direct Tooling, der direkten Fertigung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen und zum Direct Manufacturing, der generativen Herstellung von Endprodukten.

Nicht thermisch belastetes Pulver kann teilweise zurückgewonnen und meist unter Zumischung von ungebrauchtem Pulver erneut dem Prozess zugeführt werden. Die Recycling-Rate hängt vom Grad der Schädigung ab und liegt bei Polyamidpulvern zwischen 50 und 30 % Altpulver im neuen Bauprozess. Metallpulver können durch Sieben aufgearbeitet und je nach Prozess auch vollständig wiederverwendet werden.

Sintern und Schmelzen sind grundsätzlich einstufige Verfahren. Eine Nachvernetzung ist nicht notwendig. Bei Kunststoffen werden keine Stützkonstruktionen benötigt, weil das nicht verfestigte Pulver im Bauraum verbleibt und das Bauteil stützt. Metallprozesse verwenden aber Stützen, um die thermisch induzierten mechanischen Spannungen aufzufangen. Stützen werden daher auch bewusst zur Temperaturführung (auch bei Kunststoffen) eingesetzt. Gelegentlich werden auch sogenannte Bases verwendet, die den Kühleisen beim Gießen entsprechen.

Zur Reinigung der Kunststoffbauteile sind lediglich die Entfernung loser Partikel mittels Pinsel und ein leichtes Sandstrahlen notwendig. Bei Metallbauteilen müssen die Stützen mechanisch entfernt werden. Darüber hinaus werden Wärmebehandlungen durchgeführt. Je nach Bauteil und Einsatzart ist eine spanende Nacharbeit notwendig. Lösungsmittel werden nicht benötigt. Die Bauteile sind nach dem Post-Processing sofort einsatzbereit.

Nachteile

Die erzielbare Modellgenauigkeit ist durch die Größe der Pulverteilchen und durch den Strahldurchmesser oder beim Infrarotverfahren durch die Abbildungsqualität der Maske limitiert und geringer als bei der Polymerisation. Die erzielbare Baugeschwindigkeit und die dazu notwendigerweise einzubringende Strahlenergie hängen von dem Absorptionsverhalten und der Wärmeleitfähigkeit des zu verarbeitenden Materials ab.

Die Bauteile neigen zum „Wachsen“, das heißt, benachbarte, nicht zum Bauteil gehörige Partikel des Pulverbettes werden über Wärmeleitung thermisch aktiviert und an die Kontur „angeklebt“. Das Bauteil wird auf diese Weise mit einem „Pelz“ versehen und damit geometrisch ungenau. Die Neigung zum Wachsen hängt vom Verhältnis zwischen „eingebrachter Energie“ und „Wärmeleitfähigkeit“ ab.

Interne Hohlräume können gefertigt werden, sind aber schwieriger zu reinigen als bei der Polymerisation. Der Verbleib loser oder nur leicht angeklebter Partikel ist nicht zu vermeiden. Diese Partikel beeinträchtigen die Genauigkeit und können sich beim späteren Gebrauch des Bauteils zu unvorhersehbaren Zeiten lösen. Die Teile sind deshalb bei medizinischen Anwendungen für den Gebrauch im Operationssaal nicht sterilisierbar.

Um die Oxidation des Materials zu vermeiden, wird unter einer Inertgas-Atmosphäre (meist unter Stickstoff) gearbeitet. Dadurch werden die Anlagentechnik komplexer und die Betriebskosten höher.

Da der Sintervorgang in der Nähe der Schmelztemperatur stattfindet, muss lokal näherungsweise Schmelztemperatur erreicht werden. Bei Kunststoffen wird dazu das gesamte Pulverbett gleichmäßig bis wenige Grad unter die Schmelztemperatur vorgeheizt. Die Temperatur muss dazu in engen Grenzen (wenige Grad Celsius) geregelt werden. Die Aufheiz- und Abkühlvorgänge sind sehr zeitintensiv und müssen je nach Maschinenkonzept der Bauzeit hinzugerechnet werden. Beim Schmelzen gilt analoges für die Schmelztemperatur.

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 66
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