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© Fraunhofer UMSICHT

Folie 1

Material- und Prozessentwicklung für das Mehrkomponenten Lasersintern

IPA Anwenderforum – Rapid Product Development, 19.09.2012 Stuttgart Jan Blömer Werkstoffe und Interaktion Fraunhofer UMSICHT


Folie 2

Einleitung

Motivation

Natürliche Materialien erreichen Ihre herausragenden Eigenschaften durch skalenübergreifende Strukturierung

BMBF Projekt Bionic Manufacturing Fraunhofer IWM, Sintermask, rpm, Folkwang, Authentics

Fratzl, 2007


Folie 3

Einleitung

Umsetzung

Selektives Lasersintern bietet beste technische Eigenschaften

Freie Formgebung

Bisher nur homogene Materialeigenschaften

Material- und Prozessentwicklung

Folkwang, IWM, rpm 2012


Folie 4

Prozessentwicklung


Folie 5

Lasersinterversuchstand

Mini SLS-Anlage

Experimentierplattform für neue Prozesskomponenten

Teststand für Materialien

Materialmengen ca. 500 ml

Prozessbedingungen wie in großen Anlagen

190°C (Ziel 230°C)

30 W CO2 Laser

5 m/s Scangeschwindigkeit

Inertisierung N2


Folie 6

Lasersinterversuchstand II

Bauraum Plattformdurchmesser 110mm

Temperaturverteilung DT < 3°C


Folie 7

Neue Pulverdosierung

„Pulverdruckkopf“

Matrix- oder Single-Anordnung

Literaturstudie

Elektrostatisch (Laserdrucker)

Volumetrische Förderung

Gravimetrische Förderung

Pneumatische Förderung

Glaskapillare mit Piezoanregung

Glaskapillare versagt bei höheren Temperaturen


Folie 8

Neuer Pulverdruckkopf


Folie 9

Pulverdruckkopf

Ablage von „2“ Pulvern funktioniert

Zur Zeit nur eingefärbt

Noch keine Steuerung

Nur Streifen

Aufbau von hohen Rändern


Folie 10

Neuer Pulverdruckkopf

Pulverauftrag Glattgezogen


Folie 11

Neuer Rakel zum Einebnen der Oberfläche


Folie 12

Materialentwicklung


Folie 13

Materialentwicklung

Prozessschritte

Compoundierung

Pulvererzeugung (kryogene Mahlung)

Konfektionierung (Sieben)

Additivierung, Dry Blends

Charakterisierung Pulver

Sintertests

Charakterisierung Bauteil

Dünnschnitte

REM


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Materialanforderungen

Mahlbarkeit

Pulverfließfähigkeit (Hausnerzahl, temperaturabhängig!)

Nullscherviskosität

Thermische Eigenschaften DSC

Schrumpf

Messwerte Stampfvolumeter

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Anzahl Hübe

Vo

lu

men

[m

l]

Vestamid E55S3

Silibeads

TPU

Orgasol

Duraform

Mehl Typ 405

7115 U

3014 U

9040

9055

PE Grün


Folie 15

Untersuchung des Sinterns

Sintern von teilgefärbten Proben

Videoaufnahmen des Sinterns


Folie 16

Kompatible Materialien zu PA12

Teilweise sinterbar, aber keines ist zusammen mit PA12 verarbeitbar


Folie 17

Kompatible Materialien zu PA12

PA12 + V55 PA12 + V62

Polymere sind kompatibel

Einfache Bauteile konnten erzeugt werden

Sinterfenster sind für komplexe Bauteile zu unterschiedlich


Folie 18

Neue Materialien

TPU

Keine Peaks in der DSC

Kein Sinterfenster

Sehr geringer Schrumpf

Niedrige Vorwärmung

Hohe Laserleistung erforderlich

Rauchentwicklung


Folie 19

Neue Materialien TPU


Folie 20

Ausblick

Mehrkomponentendosierung ist aufwändig aber scheint möglich

Materialauswahl ist sehr komplex

Versuch der Kombination verschiedener TPU Typen

Alternative Technologien

Sintermask (flächige Belichtung)

Dual Laser


FRAUNHOFER UMSICHT Geschäftsfeld Werkstoffe und Interaktion

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