Direct Metal Laser Sintering (DMLS): Der komplette Prozessleitfaden für Metall-3D-Druck

Additive Fertigung voll dichten Metallteils

Direct Metal Laser Sintering (DMLS) ist ein Pulverbett-Schmelzadditive-Fertigungsverfahren, das voll dichte, komplexe Metallkomponenten herstellt, indem es Metallpulver Schicht für Schicht mit einem Hochleistungslaser selektiv schmilzt. Es ermöglicht Geometrien, die mit subtraktiver Fertigung unmöglich sind – interne Kanäle, Gitterstrukturen, topologieoptimierte Teile.

DMLS-Workflow: Schritt für Schritt

1. CAD-Modellvorbereitung

Erstellen Sie ein wasserdichtes, fehlerfreies 3D-CAD-Modell. Optimieren Sie für AM: Unterstützungsstrukturen einbauen, Bauausrichtung für minimale Stützen und optimale Oberflächenqualität berücksichtigen, thermische Verformung und Restspannung berücksichtigen.

2. Datenvorbereitung (Slicing)

In Slicing-Software importieren. Schichtdicke definieren (typischerweise 20–60 µm), Laserparameter (Leistung, Scan-Geschwindigkeit, Schlitzabstand, Scan-Strategie), Unterstützungsstrukturen generieren. Ausgabe: Serie von 2D-Querschnittsschichten (CLI oder maschinspezifisches Format).

3. Bauplattform-Einrichtung

Bauplattform kalibrieren. Gleichmäßige Schicht feines Metallpulver (z. B. Ti-6Al-4V, AlSi10Mg, Inconel 718, Edelstahl 316L, CoCr, Maraging-Stahl) mittels Recoater-Klinge/-Walze auftragen. Inertgas (Argon/Stickstoff) spült die Kammer, um Oxidation zu verhindern.

4. Schicht-für-Schicht-Bau

Laser schmilzt selektiv jeden Querschnitt. Nach jeder Schicht senkt sich die Bauplattform um eine Schichtdicke ab, neue Pulverschicht wird aufgetragen, Prozess wiederholt. Typische Bauraten: 5–20 cm³/Stunde pro Laser. Multi-Laser-Systeme (2, 4, 12 Laser) erhöhen den Durchsatz.

5. Teilentfernung und Entpulvern

Nach dem Bau bleibt das Teil im unsinterten Pulver eingebettet. Bauplatte entfernt; überschüssiges Pulver abgesaugt/bürstet (oft durch Sieben recycelt). Teile werden typischerweise noch auf der Platte wärmebehandelt, um Restspannung zu lindern, bevor sie entfernt werden.

6. Stützentfernung und Nachbearbeitung

• Stützen entfernt durch Bearbeitung, EDM oder manuelles Brechen
• Nachbearbeitung kann umfassen:
  • Spannungsarmglühen
  • Heißisostatisches Pressen (HIP) für Dichte/kritische Anwendungen
  • CNC-Bearbeitung für kritische Toleranzen/Oberflächen
  • Oberflächenfinish: Kugelstrahlen, Polieren, Elektropolieren
  • Inspektion: CT-Scan, CMM, Zugfestigkeitstest, Metallographie

Wichtige Anwendungen

• Luft- und Raumfahrt: Leichte Halterungen, Treibstoffdüsen (GE LEAP-Triebwerk), Wärmetauscher, konformale Kühlung
• Medizin: Patientenspezifische Implantate (Hüfte, Schädel, Wirbelsäule), dentale Gerüste, Operationsschablonen
• Automobil: Konformale Kühlungseinsätze für Formen, leichte Strukturkomponenten
• Werkzeugbau: Spritzgussform-Einsätze mit konformen Kühlkanälen
• Energie: Turbinenkomponenten, Wärmetauscher

Vorteile & Einschränkungen

DMLS transformiert die High-Value-Fertigung, wo Komplexität, Gewicht und Leistung die Kosten rechtfertigen.