Die Laser-Pulverbettfusion (L-PBF) (engl. Laser Powder Bed Fusion) ist ein 3D-Druckverfahren, das insbesondere für die Herstellung komplexer Metallbauteile eingesetzt wird. Dabei wird Metallpulver schichtweise aufgetragen und mittels Laserstrahl selektiv aufgeschmolzen, um das gewünschte Bauteil zu formen.
Inhalt:
Die Laser-Pulverbettfusion (L-PBF), auch bekannt als selektives Laserschmelzen (SLS), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) oder zu finden unter der englischsprachigen Bezeichnung „Laser Powder Bed Fusion“, ist ein additiver Fertigungsprozess, der insbesondere für die Herstellung komplexer Metallbauteile eingesetzt wird. Dabei wird Metallpulver schichtweise aufgetragen und mittels Laserstrahl selektiv aufgeschmolzen, um das gewünschte Bauteil zu formen.
Funktionsweise der Laser-Pulverbettfusion
Im L-PBF-Verfahren wird eine dünne Schicht Metallpulver auf eine Bauplattform aufgebracht. Ein hochpräziser Laserstrahl schmilzt das Pulver gemäß den CAD-Daten des Bauteils selektiv auf. Nach dem Erstarren wird eine neue Pulverschicht aufgetragen, und der Prozess wiederholt sich, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Dieses schichtweise Vorgehen ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit hoher geometrischer Komplexität und Präzision.
Materialien und Eigenschaften
L-PBF eignet sich für eine Vielzahl von Metalllegierungen, darunter Titan-, Aluminium- und Stahllegierungen. Die gefertigten Bauteile zeichnen sich durch hohe Dichte und mechanische Festigkeit aus, die mit konventionell gefertigten Teilen vergleichbar sind. Zudem ermöglicht das Verfahren die Integration von Funktionen und die Herstellung von Strukturen, die mit traditionellen Fertigungsmethoden schwer realisierbar wären.
Vorteile der Laser-Pulverbettfusion
- Designfreiheit: Komplexe Geometrien und interne Strukturen können ohne zusätzliche Werkzeuge gefertigt werden.
- Materialeffizienz: Durch den additiven Aufbau wird Material nur dort eingesetzt, wo es benötigt wird, was Abfall reduziert.
- Schnelle Prototypenerstellung: Beschleunigte Entwicklungszyklen durch direkte Umsetzung von CAD-Daten in physische Modelle.
Anwendungsgebiete
L-PBF findet Anwendung in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Automobilindustrie und im Werkzeugbau. Beispielsweise werden Implantate, Turbinenschaufeln und komplexe Werkzeugkomponenten mittels L-PBF gefertigt.
Forschung und Entwicklung
In Deutschland sind mehrere Forschungseinrichtungen und Unternehmen führend in der Weiterentwicklung der L-PBF-Technologie. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen beschäftigt sich seit Mitte der 1990er Jahre intensiv mit der Entwicklung und Optimierung des L-PBF-Verfahrens und der gesamten Prozesskette.
Zudem arbeitet das Fraunhofer-Institut für Additive Produktionstechnologien IAPT in Hamburg an der Prozessentwicklung und Integration von L-PBF in industrielle Anwendungen.
Herausforderungen und Ausblick
Trotz der zahlreichen Vorteile stehen Anwender vor Herausforderungen wie der Sicherstellung gleichbleibender Materialeigenschaften, der Optimierung von Prozessparametern und der Reduzierung von Produktionskosten. Zukünftige Entwicklungen zielen darauf ab, die Prozessstabilität zu erhöhen, neue Materialien zu qualifizieren und die Integration von L-PBF in bestehende Produktionslinien zu verbessern.