SLS Metall-Pulver: Eigenschaften, Anwendungen und Lieferanten

Inhaltsübersicht

Selektives Lasersintern (SLS) ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Laser eingesetzt wird, um kleine Partikel aus Kunststoff-, Metall-, Keramik- oder Glaspulver zu einem 3D-Objekt zu verschmelzen. SLS-Metallpulver mit den richtigen Eigenschaften sind entscheidend für die Herstellung hochwertiger Metallteile mit komplexen Geometrien in diesem Verfahren.

Überblick über SLS-Metallpulver

SLS-Metallpulver sind Metallpulver, die für den Einsatz in selektiven 3D-Lasersinterdruckern zur Herstellung von Metallteilen und Prototypen optimiert sind. Zu den am häufigsten verwendeten SLS-Metallpulvern gehören:

SLS-Metallpulvertypen

Typ Zusammensetzung Wesentliche Merkmale
Rostfreier Stahl Fe-, Cr-, Ni-Legierungen Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit
Werkzeugstahl Fe-, Cr-, Mo-Legierungen Hohe Härte, wärmebehandelbar
Legierter Stahl Fe-, Cr-, Ni-Legierungen Wärmebehandelbar, bearbeitbar
Kobalt-Chrom Co, Cr-Legierungen Biokompatibel, verschleißfest/korrosionsbeständig
Titan und Legierungen Ti, Al, V-Legierungen Leicht, biokompatibel, stabil
Inconel Ni, Cr-Legierungen Hitze-/Korrosionsbeständig
Aluminium-Legierungen Al-, Cu-, Mg-Legierungen Leicht, stark

Diese Metallpulver müssen Eigenschaften wie Fließfähigkeit, Partikelform und Größenverteilung aufweisen, die auf die Herstellung von SLS-Teilen mit hoher Dichte, Genauigkeit, Präzision und gewünschten mechanischen Eigenschaften zugeschnitten sind.

Wichtige Eigenschaften von SLS-Metallpulvern

Parameter Beschreibung Anforderungen
Größenbereich Abmessungen der Pulverpartikel 10–45 Mikrometer üblich
Größenverteilung Auswahl an Pulvergrößen Hauptsächlich kugelförmig mit einigen Satelliten erlaubt
Morphologie Partikelform des Pulvers Sphärisch ist optimal, Satelliten können Defekte verursachen
Durchflussmenge Fließfähigkeit des Pulvers 35-40 s/50g vom Hall-Durchflussmesser
Scheinbare Dichte Packungsdichte des Pulvers Rund 60% der tatsächlichen Dichte
Echte Dichte Materialdichte Variiert je nach Zusammensetzung
Fläche Partikeloberfläche pro Masseneinheit Niedriger ist besser, um die Oxidation zu verringern
Restgase und Feuchtigkeit Verunreinigungen in Pulverform Minimiert für hochqualitative Teile

Eigenschaften von SLS-Metallpulvern

Charakteristisch Rolle im SLS-Prozess
Partikelform und Oberflächentextur Beeinflussung des Pulverflusses in jede neue Schicht, Laserabsorption, Reflexionsvermögen
Partikelgrößenverteilung Auswirkungen auf Packungsdichte, Schmelzbaddynamik, Verteilbarkeit
Strömungseigenschaften Ermöglicht gleichmäßige Streichfähigkeit, Schichtkonsistenz
Scheinbare Dichte Steuert den Abstand zwischen den Partikeln und den erforderlichen Energieaufwand
Echte Dichte Bestimmt die endgültige, maximal erreichbare Teiledichte
Legierungszusätze Ermöglicht spezifische Materialeigenschaften wie Festigkeit, Härte usw.
sls-Metallpulver

Anwendungen von SLS Metall-Pulver

SLS-Metallpulver ermöglicht den Druck von funktionalen Metallteilen mit voller Dichte, die für die Herstellung von Prototypen, Werkzeugen und Kleinserien in verschiedenen Branchen benötigt werden:

Industrieanwendungen von SLS-gedruckten Metallteilen

Industrie Anwendungen Häufig verwendete Materialien
Luft- und Raumfahrt Turbinenschaufeln, Motor-/Strukturkomponenten Rostfreie Stähle, Superlegierungen, Titanlegierungen
Automobilindustrie Prototypenteile, kundenspezifischer Werkzeugbau Rostfreie Stähle, Werkzeugstähle, Aluminiumlegierungen
Medizinische Implantate Patientenspezifische Implantate, Schablonen Kobalt-Chrom, Titan-Legierungen, rostfreier Stahl
Industriell Präzisionswerkzeuge, Robotergreifer Nichtrostende Stähle, Werkzeugstähle
Schmuck Ringe, Ketten, Sonderanfertigungen Edelmetalle wie Goldlegierungen, Silber

Einige einzigartige Vorteile im Vergleich zu traditionellen Herstellungswegen:

Vorteile von SLS für die Herstellung von Metallteilen

Nutzen Sie Beschreibung
Geometrische Freiheit Keine Beschränkungen der Teilegeometrie im Gegensatz zu subtraktiven/Gussverfahren
Schneller Umschwung Schnelldruck aus CAD-Daten
Leichtes Gewicht Gitterstrukturen reduzieren das Gewicht um >30%
Teilweise Konsolidierung Integral gedruckte Baugruppen ersetzen Gelenke
Massenanpassung Patientenspezifische Medizinprodukte
Hybride Strukturen Multimaterialteile aus Metall und Polymer möglich

Gängige Anwendungen für SLS-gedruckte Metallteile in verschiedenen Branchen:

Typische Anwendungen von SLS-gedruckten Metallteilen

Anmeldung Beispiele Verwendete Materialien
Funktionale Prototypen Motorkomponenten, Implantate Legierte Stähle, Ti-Legierungen
Werkzeuge Bohrerführungen, Spannvorrichtungen, Lehren Rostfreie Stähle
Werkzeugbau Spritzgießwerkzeuge Werkzeugstähle wie H13
Serienproduktion Luft- und Raumfahrt/Medizinische Komponenten Ti- und Ni-Legierungen, CoCr
Leichte Strukturen Gittertafeln, Streben Al-Legierungen, Ti-Legierungen

SLS-Metallpulver Spezifikationen

SLS-Systemhersteller wie EOS, 3D Systems und Renishaw bieten qualifizierte SLS-Metallpulverspezifikationen an, die auf ihre Druckermodelle zugeschnitten sind. Zu den gängigen Metallpulvern und Größen gehören:

SLS-Metallpulverarten und Größenbereiche

Material Verfügbare Pulvertypen Partikelgrößenbereich
Rostfreier Stahl 316L, 17-4PH, 303, 410 15-45 Mikrometer
Martensitaushärtender Stahl MS1, 18Ni300, 18Ni350 15-45 Mikrometer
Kobalt-Chrom CoCr, CoCrMo 15-45 Mikrometer
Aluminiumlegierung AlSi10Mg, AlSi12 15-45 Mikrometer
Titan-Legierung Ti6Al4V Güteklasse 5 15-45 Mikrometer
Nickel-Legierung Inconel 718, Inconel 625 15-45 Mikrometer

Normungsorganisationen haben Klassifizierungen für verschiedene Metallpulversorten festgelegt, die in AM-Prozessen verwendet werden:

Metallpulversorten nach ISO/ASTM-Normen

Standard Klassen Beschreibung
ISO 17296-2 PA1 bis PA6 Definiert zunehmend strengere Anforderungen an Verunreinigungen von P1 bis P6
ISO 17296-3 PM1 bis PM4 Definiert Partikelform, Größenparameter von PM1 bis PM4
ASTM F3049 Klasse 1 bis Klasse 4 Legt zulässige Grenzwerte für die Zusammensetzungsbereiche von 1 bis 4 fest
ASTM F3056 Typ 1 bis Typ 3 Definiert statistische Größenverteilungsparameter von 1 bis 3

Diese Klassifizierungssysteme helfen bei der Festlegung von Qualitätsmaßstäben und unterstützen die Käufer bei der Beschaffung. Hochreines PA5-Pulver würde eine minimale Verunreinigung gewährleisten. Ebenso verringert die Klasse 4 durch eine strengere chemische Kontrolle die Variabilität.

SLS Metall-Pulver Anbieter

Eine Vielzahl von Anbietern liefert weltweit gebrauchsfertige SLS-Pulver. Einige führende globale Anbieter sind:

Wichtige SLS-Metallpulver-Lieferanten

Anbieter Angebotene Materialien Betreute Geografien
Sandvik Rostfreier Stahl, Ni-Legierungen, CoCr, Werkzeugstahl, Aluminiumlegierungen Europa, Asien
Praxair Ti-Legierungen, Ni-Legierungen, Edelstahl, Werkzeugstähle Nordamerika
LPW-Technologie Rostfreier Stahl, Aluminiumlegierungen, CoCr UK, Europa
Zimmerer-Zusatzstoff Rostfreie Stähle, CoCr, Cu, Aluminiumlegierungen Global
Hoganas Nichtrostende Stähle, Werkzeugstähle Europa, Asien

Die üblichen Mindestabnahmemengen liegen bei etwa 10 kg pro Materialsorte, aber es gibt auch Großmengenverträge für OEM-Käufer. Die Verpackungsoptionen reichen von vakuumversiegelten Dosen bis hin zu speziellen SLS-Maschinenkartuschen, die jeweils 700 g bis 1 kg Pulver enthalten.

SLS-Metallpulver-Verpackungstypen

Typ Volumen-Bereiche Merkmale
Vakuumdosen 500g bis 20kg Chargen Lagerfähigkeit bis zu 1 Jahr
Druckerpatronen 700 bis 1000g Chargen Minimierte Belastung durch die Handhabung
Material Türme 700 bis 1200g-Patronen Automatischer Einzug in den Drucker

Die Preisspannen für gängige Materialien in kleinen Mengen betragen:

Metallpulver-Kostenspannen für SLS-Druck

Material Kleine Mengen Preisspanne*
Rostfreier Stahl 316L $60-$100 pro kg
Aluminium AlSi10Mg $80-$130 pro kg
Martensitaushärtender Stahl $90-$140 pro kg
Titan Ti6Al4V $200-$350 pro kg
Kobalt-Chrom $300-$500 pro kg
Edelmetalle $3000+ pro kg

SLS-Metallpulver-Materialien im Vergleich

Für den SLS-Druck werden verschiedene Metalllegierungen verwendet, die jeweils ihre eigenen Eigenschaften und Nachteile haben:

SLS-Metallpulver-Materialien im Vergleich

Parameter Rostfreie Stähle Werkzeugstähle Titan-Legierungen Nickel-Legierungen Kobalt Chrom Aluminium-Legierungen
Dichte Mittel Höher Unter Hoch Hoch Niedrigste
Stärke Mittel Höchste Mittel-Hoch Mittel-Hoch Mittel Mittel
Härte Unter Sehr hoch Mittel Mittel Höher Niedrig bis mittel
Korrosionsbeständigkeit Ausgezeichnet Mittel Ausgezeichnet Ausgezeichnet Ausgezeichnet Mittel-gut
Biokompatibilität Gut Begrenzt Ausgezeichnet Begrenzt Ausgezeichnet Gut
Hitzebeständigkeit Mittel Mittel-Hoch Mittel Sehr hoch Sehr hoch Unter
Kosten Niedrigste Mittel Hoch Sehr hoch Hoch Niedrig

Wir sehen, dass nichtrostende Stähle die beste Kombination von Eigenschaften bieten, wenn es um Kosten geht, während Werkzeugstähle eine extreme Härte aufweisen. Titan bietet Biokompatibilität und Festigkeit bei geringer Dichte. Superlegierungen wie Inconel und CoCr bieten thermische Stabilität und Biokompatibilität. Aluminiumlegierungen sind die kostengünstigste und leichteste Option.

Vor- und Nachteile der gängigen SLS-Metallpulver

Material Vorteile Benachteiligungen
Rostfreie Stähle Kostengünstig, leicht bearbeitbar Geringere Härte und Festigkeit
Werkzeugstähle Äußerst hart und wärmebehandelbar Geringere Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität
Titan-Legierungen Stark, leicht, biofreundlich Teuer, kann in Sauerstoffatmosphäre brennen
Nickel-Legierungen Ausgezeichnete Hitze-/Korrosionsbeständigkeit Schwer, giftig, sehr teuer
Kobalt-Chrom Biokompatibel, korrosionsbeständig Schwer, mittlere Kosten
Aluminium-Legierungen Geringes Gewicht, gute Festigkeit Niedrigerer Schmelzpunkt, Härte

Kundenkriterien für die Auswahl von SLS-Metallpulvern

Kriterien für die Auswahl Zentrale Fragen
Mechanische Eigenschaften Erfüllt es die angestrebte Anwendungsfestigkeit, Verschleißfestigkeit und andere mechanische Spezifikationen?
Materialkosten Passt der gewünschte Metallpulvertyp zum Budget der Anwendung?
Nachbearbeitung Sind sekundäre Verfahren wie heißisostatisches Pressen oder Wärmebehandlung erforderlich?
Größe der Produktionsserie Ist das Zielvolumen für den SLS-Produktionsdruck zu hoch?
Abmessungen des Teils Ist das maximale Bauvolumen des Druckers für die größten Teilegeometrien ausreichend?
Auflösung, Oberflächengüte Kann das SLS-Verfahren die Anforderungen an die Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität erfüllen?
Vorlaufzeit der Lieferung Ist die Vorlaufzeit des Lieferanten angesichts der Produktionszeit akzeptabel?

Die Anwendung des Endprodukts ist ausschlaggebend für die optimale Materialauswahl, bei der Leistungsanforderungen und Wirtschaftlichkeit in Einklang gebracht werden.

SLS-Metalldruckverfahren im Überblick

Das Verständnis des SLS-3D-Drucks hilft zu verstehen, wie sich die Pulvereigenschaften auf die Qualität der Teile auswirken:

SLS 3D-Druck Prozessschritte

Bühne Beschreibung
3D-Modellierung CAD-Software erstellt Volumen-/Netzmodell des zu druckenden Teils
Schneiden von Das Modell wird digital in Schichten zerlegt, um eine Druckdatei zu erzeugen.
Pulverausbreitung Walze oder Klinge verteilt eine dünne Schicht Pulver auf der Bauplattform
Laserabtastung CO2-Laser scannt über das Pulverbett, um die Partikel zusammenzuschmelzen
Absenkbare Plattform Bauplattform senkt sich um 1 Schichtdicke (~50 Mikrometer)
Wiederholtes Aufstreichen/Schmelzen Die Schritte werden wiederholt, bis das gesamte Objekt Schicht für Schicht aufgebaut ist.
Nachbearbeitung Überschüssiges Pulver wird entfernt, letzte Behandlungen zur Fertigstellung des Teils durchgeführt

Wie Pulvereigenschaften die Druckergebnisse beeinflussen

Pulvereigenschaft Einfluss auf die Druckqualität
Geometrie des Pulvers Sphärische Partikel mit gutem Fluss ermöglichen gleichmäßige Schichten ohne Defekte
Partikelgrößenbereich Zu feine Pulver haben einen schlechten Fluss, zu große Pulver erzeugen eine schlechte Auflösung.
Größenverteilung Eine zu breite Verteilung kann zu einer Entmischung oder zu variablem Schmelzen führen
Scheinbare Dichte Höhere Dichte führt zu höherer Dichte des Endprodukts nach dem Sintern
Echte Dichte Obergrenze für die erreichbare Teiledichte
Oberflächenbeschaffenheit Rauere Partikel können Gase einschließen oder den Pulverfluss behindern

Wie wir sehen, wirken sich mehrere physikalische Eigenschaften des Pulvers direkt auf die Druckergebnisse aus, weshalb eine strenge Kontrolle durch die Lieferanten von entscheidender Bedeutung ist.

Nachbearbeitung von SLS-gedruckten Metallteilen

Nach dem SLS-Druckprozess tragen zusätzliche Nachbearbeitungsschritte zur Verbesserung der endgültigen Bauteileigenschaften bei:

Übliche SLS-Teil-Nachbearbeitungsschritte

Prozess Beschreibung Vorteile
Pulverentfernung Überschüssiges Pulver abgebürstet/abgestrahlt Zeigt das gedruckte Objekt an
Stressabbau Erwärmung zum Abbau von Eigenspannungen Verbessert die Maßhaltigkeit
Oberflächenbehandlung Schleifen, Polieren, Perlstrahlen Glättet die Oberfläche, unterstützt die Haftung der Beschichtung
Infiltration Flüssigkeit füllt Restporosität Erhöht die Dichte weiter, verbessert die Festigkeit
Wärmebehandlung Wärmezyklen beim Härten und Anlassen Erhöht die Härte von Stählen

Auswirkungen der Nachbearbeitung auf die Teileeigenschaften

Eigentum Einfluss der Nachbearbeitung
Dichte Infiltration mit Epoxid oder Bronze füllt die Poren und erhöht die Dichte 5-15%
Oberflächenrauhigkeit Manuelles/automatisches Polieren kann eine Rauheit von unter 2 Mikron erreichen
Dimensionale Genauigkeit Spannungsabbauender Wärmezyklus reduziert den Verzug und verbessert die Präzision
Zugfestigkeit Infiltration verbessert die UTS, während Wärmebehandlung die Streckgrenze verdoppeln kann
Duktilität Kompromiss mit der Verbesserung der Festigkeit durch Nachbehandlungen
Härte Ausscheidungshärtbare Legierungen wie 17-4PH sprechen gut auf Alterungsbehandlungen an.

Durch die Nachbearbeitung lassen sich die Metalleigenschaften je nach Anwendungsbedarf weiter anpassen.

SLS-Metalldruck Qualitätskontrolle

Die gleichbleibend hohe Qualität des Pulverrohstoffs in Verbindung mit der Überwachung des SLS-Prozesses gewährleistet zuverlässige Teile:

Qualitätskontrolle für SLS Metall-Pulver

Parameter Typische Spezifikation Testmethoden
Partikelgrößenverteilung Durchflussmenge in der Halle > 35s/50g Siebung, Laserbeugung
Scheinbare Dichte 65-80% der tatsächlichen Dichte Gravimetrische Messung
Zusammensetzung des Pulvers Legierungsbereiche nach ISO 27296 Röntgenfluoreszenz
Morphologie der Oberfläche Median der Rundheit > 0,75 Mikrofotografien, Bildanalyse
Verunreinigung < 50 ppm Sauerstoff, < 150 ppm Stickstoff Analyse der Inertgasfusion

In-Process-Monitoring für SLS-Druck

Metrisch Verwendeter Sensor Zweck
Laserleistung Eingebaute Fotodiode Erhält die Konsistenz der Fusion
Pulverbetttemperatur IR-Sensor Gewährleistet die Integrität der Teile, kein Verziehen
Atmosphäre Sauerstoff-Analysator Verhindert die Entzündung von Pulver in der Baukammer
Schichtdicke Z-Achse Encoder Präzise, reproduzierbare Schichten

Diese strenge Kontrolle über das eingesetzte Pulver und die Prozesseinstellungen führt zu qualitativ hochwertigen Metallteilen bei jedem Produktionslauf.

SLS-Metalldruck im Vergleich zu Alternativen

Andere 3D-Druck-Alternativen zu SLS aus Metall sind:

Vergleich von Metall-3D-Druckverfahren

Metrisch Binder Jetting DMLS SLM EBM
Rohmaterial Metall/Polymer-Mischpulver Metallpulver Metallpulver Metalldraht/Pulver
Energiequelle Flüssiges Bindemittel Faserlaser Leistungsstarker Yb-Faserlaser Elektronenstrahl
Bauen Sie Geschwindigkeit auf Mäßig, schneller als Lasermethoden Langsam aufgrund der Punkt-für-Punkt-Abtastung Sehr schnelles, vollständiges Schmelzen Schnellste Methode
Auflösung, Oberflächengüte Schlechter durch Bindemittel, Nachbearbeitung hilft Sehr gut durch feinen Laserspot Ausgezeichnet durch vollständiges Schmelzen Mäßig durch teilweises Abschmelzen
Dimensionale Genauigkeit +/- 0,3% mit CTQ-Verfahren +/- 0.1-0.2% +/- 0.1-0.2% +/- 0.2-0.3%
Nachbearbeitung Aushärtung, Sinterung beides erforderlich Nur Unterstützung beim Entfernen Einige Bearbeitungen können erforderlich sein Die meisten sekundären Arbeiten erforderlich
Kosten pro Teil Geringere Materialkosten tragen zur Preissenkung bei Viel höhere Betriebskosten Hohe Kosten für Ausrüstung und Material Hoher Ausrüstungsaufwand

Unter allen Verfahren hat sich das Binder-Jetting als das kosteneffizienteste für die Herstellung von Metallteilen mit geringeren Stückzahlen bis zu 10.000 Stück erwiesen. SLS bietet die einfachste Nachbearbeitung in Kombination mit guter Genauigkeit und Oberflächengüte.

sls-Metallpulver

FAQs

Welche Branchen verwenden SLS-Metalldruck?

SLS-Metalldruck wird in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik und vielen anderen Branchen eingesetzt, in denen Präzisionsmetallteile benötigt werden.

Wie hoch ist die Genauigkeit und Auflösung des SLS-Metalldrucks?

Die Genauigkeit und Auflösung hängen von verschiedenen Faktoren ab, u. a. von der Maschine, dem Material und den Prozessparametern, aber der SLS-Metalldruck kann ein hohes Maß an Präzision erreichen.

Ist für SLS-Metalldruckteile eine Nachbearbeitung erforderlich?

Ja, eine Nachbearbeitung kann erforderlich sein, um Stützstrukturen zu entfernen, die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern und spezifische Anforderungen für die Anwendung zu erfüllen.

Was sind die Grenzen des SLS-Metalldrucks?

Zu den Einschränkungen gehören die Kosten für die Ausrüstung, die begrenzte Größe der Baukammern und die Notwendigkeit angemessener Sicherheitsmaßnahmen aufgrund der Verwendung von Lasern und Metallpulvern.

Kann der SLS-Metalldruck für die Massenproduktion verwendet werden?

Ja, der SLS-Metalldruck kann sowohl für das Prototyping als auch für die Produktion von Metallteilen in kleinen bis mittleren Stückzahlen verwendet werden.

Ist der SLS-Metalldruck umweltfreundlich?

Im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren kann zwar der Materialabfall verringert werden, aber die Entsorgung von Metallpulvern und der Energieverbrauch sind Faktoren, die bei der Umweltverträglichkeit zu berücksichtigen sind.

Gibt es Sicherheitsvorkehrungen bei der Arbeit mit SLS-Metalldruck?

Ja, beim Umgang mit Metallpulvern sollten Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, und die Bediener sollten für die sichere Arbeit mit laserbasierten Systemen geschult werden.

Wie hoch sind die Kosten für SLS-Metalldruckdienstleistungen?

Die Kosten hängen von Faktoren wie Materialauswahl, Komplexität der Teile und Menge ab. Es empfiehlt sich, Angebote von Dienstleistern für bestimmte Projekte einzuholen.

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