SLS-3D-Druck: Serienteile aus PA12 im selektiven Lasersintern

Was ist SLS?

SLS steht für Selective Laser Sintering, auf Deutsch selektives Lasersintern. Es gehört zu den Pulverbettverfahren der additiven Fertigung: Ein Laser verschmilzt in einem Bett aus Kunststoffpulver genau die Bereiche, die zum Bauteil gehören. Schicht für Schicht entsteht so ein dichtes, belastbares Teil.

Der wichtigste Werkstoff im SLS ist Polyamid 12, kurz PA12. Er verbindet gute Zähigkeit mit Masshaltigkeit und Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und die meisten Reinigungsmittel. SLS-Teile aus PA12 sind deshalb keine Anschauungsmodelle, sondern Funktionsteile: Gehäuse, Halter, Clips, Abdeckungen, Lüftungs- und Kabelführungen, Ersatzteile.

So funktioniert selektives Lasersintern

Ein Bauauftrag läuft in sechs Schritten ab, vom Datensatz bis zum fertigen Teil:

1. Bauraum vorbereiten

   Die Bauteile werden digital im Bauraum angeordnet. Weil kein Teil auf der Plattform stehen muss, lassen sich viele Teile übereinander und ineinander verschachteln.

2. Pulver auftragen und vorheizen

   Eine dünne Schicht PA12-Pulver wird aufgetragen und knapp unter den Schmelzpunkt erwärmt.

3. Belichten

   Der Laser fährt den Querschnitt aller Teile dieser Schicht ab und verschmilzt das Pulver an genau diesen Stellen.

4. Schicht für Schicht aufbauen

   Die Plattform senkt sich um eine Schicht, neues Pulver wird aufgetragen, der Laser belichtet die nächste Lage. Das wiederholt sich bis zur obersten Schicht.

5. Abkühlen

   Der Pulverkuchen kühlt kontrolliert ab. Das ist wichtig für die Masshaltigkeit der Teile.

6. Entpacken und nachbearbeiten

   Die Teile werden aus dem Pulver gelöst, entpulvert und gestrahlt. Nicht gesintertes Pulver wird aufbereitet und wiederverwendet.

Vorteile für Serienteile

• Kein Werkzeug

  Es gibt keine Form und keine Werkzeugkosten. Das erste Teil kostet so viel wie das hundertste, und eine Konstruktionsänderung braucht nur einen neuen Datensatz.

• Geometrische Freiheit

  Hinterschnitte, Innenkanäle, Hohlräume und bewegliche Baugruppen in einem Stück sind möglich, weil das Pulver das Teil während des Baus stützt.

• Wirtschaftlich in der Serie

  Der ganze Bauraum lässt sich mit Teilen füllen. Kleine und mittlere Bauteile werden so zu Dutzenden oder Hunderten in einem Auftrag gefertigt.

• Funktionsfähige Eigenschaften

  PA12 aus dem SLS ist zäh, schlagfest und medienbeständig. Die Teile eignen sich für den Einsatz im fertigen Produkt, nicht nur für Prototypen.

• Kurze Lieferzeit

  Ohne Werkzeugbau liegen zwischen Daten und fertigem Teil Tage statt Wochen.

Grenzen und worauf man achten sollte

• Oberfläche

  SLS-Teile haben eine feine, leicht körnige, matte Oberfläche. Strahlen macht sie gleichmässig, Polieren glatter und geschlossener. Spiegelglatte Sichtflächen wie im Spritzguss erreicht SLS nicht.

• Toleranzen

  Branchenüblich sind bei SLS rund ±0,3 % der Abmessung, mindestens etwa ±0,3 mm. Engere Passungen klären wir am konkreten Bauteil.

• Richtungsabhängigkeit

  In Aufbaurichtung (Z) ist die Bruchdehnung geringer als in der Bauebene: bei PA12 rund 6 % gegenüber 11 %. Hoch belastete Teile richten wir entsprechend aus.

• Wasseraufnahme

  PA12 nimmt wenig Wasser auf (0,66 % nach ASTM D570). Für druckdichte Anwendungen muss die Ausführung am Bauteil geprüft werden.

• Bauteilgrösse

  Ein Teil darf höchstens 160 × 160 × 297 mm gross sein. Grössere Bauteile lassen sich teilen und fügen.

SLS im Vergleich mit Spritzguss, FDM und MJF

Welches Verfahren passt, hängt von Stückzahl, Geometrie und Anforderungen ab. Die Tabelle zeigt typische Unterschiede.

Ab wann lohnt sich SLS in der Serie?

Spritzguss hat hohe Einmalkosten für die Form und danach sehr tiefe Stückkosten. SLS hat keine Einmalkosten, dafür gleichbleibende Stückkosten. Wo sich die beiden Kurven kreuzen, hängt vor allem von der Grösse des Teils und der Komplexität der Form ab: Bei kleinen und mittleren Teilen liegt dieser Punkt oft bei einigen hundert bis wenigen tausend Stück pro Jahr.

SLS lohnt sich zudem überall dort, wo sich die Konstruktion noch ändert, wo Teile über Jahre in kleinen Mengen nachbestellt werden (Ersatzteile) oder wo eine Geometrie im Spritzguss gar nicht oder nur mit Schiebern herstellbar wäre.

Werkstoff PA12: Kennwerte

Kennwerte für Polyamid 12, gesintert auf der Formlabs Fuse 1+:

Konstruktionsregeln für SLS

Mit diesen Richtwerten werden Teile sauber und masshaltig. Darunter werden Details unscharf, Bohrungen können zuwachsen und feine Stege brechen.

Nachbearbeitung

• Entpulvern

  Restpulver wird aus Bauteil und Hohlräumen entfernt.

• Strahlen

  Für eine gleichmässige, matte Oberfläche.

• Tauchfärben

  Durchgehend gefärbt im Tauchbad.

• Polieren

  Für eine glattere, geschlossene Oberfläche.

SLS-Serienfertigung bei Volumetrix

Volumetrix fertigt Serienteile aus PA12 auf eigenen Anlagen in der Schweiz und bearbeitet jedes Teil in der eigenen Werkstatt nach. Same-Day-Produktion ist möglich, geliefert wird ab 24 Stunden.

Der Ablauf: Sie senden STEP-Daten oder eine Zeichnung, prüfen ein Musterteil am eigenen Bauteil und bestellen danach in Serie, mit gleichem Pulver und gleichen Parametern. Auf Wunsch mit Rahmenvertrag, festen Preisen und Abruf nach Bedarf.

Häufige Fragen zum SLS-3D-Druck