Zerspanung versus selektives Lasersintern

In jüngster Vergangenheit wurde die Zerspanung in vielen Bereichen von dem Verfahren des selektiven Lasersintern abgelöst. Beide Verfahren besitzen Vor- und Nachteile, wobei die Wahl im Einzelfall von der Art des gewünschten Produkts abhängig gemacht werden sollte.

Bevor wir die beiden Verfahren vergleichen, hier ein paar grundlegende Infos – insbesondere für Nicht-Fachleute:

Beim Zerspanen
werden Werkstücke in eine bestimmte geometrische Form gebracht. Bei dem Fertigungsverfahren wird das überschüssige Material der Rohteile mechanisch abgetrennt. Die Abtrennung erfolgt durch die Schaffung von Spänen. Typische Verfahren der Zerspanung sind Drehen, Fräsen und Bohren. Beim Schleifen basieren die Werkzeuge auf zahlreichen Körnern. Deren Kanten trennen Späne im Mikrobereich ab.

Das selektive Lasersintern

Beim selektiven Lasersintern
wird das Werkstück nicht mittels Zerspanung bearbeitet, sondern durch einen pulverförmigen Ausgangsstoff. Das Werkstück entsteht durch ein generatives Schichtverfahren. Das Werkstück wird quasi Schicht für Schicht aufgebaut. Die dabei verwendeten Laserstrahlen erlauben die Schaffung beliebiger dreidimensionaler Geometrien.

Viele Werkstücke lassen sich nicht durch einen Zerspanungsprozess herstellen. Das Innere des Werkstückes kann nicht mit besonderen Formen ausgestattet werden. Dies ist beim selektiven Lasersintern problemlos möglich. Das selektive Lasersintern ist relativ zeitaufwändig und mit einem hohen maschinellen Aufwand verbunden.

Die Prozesszeiten bis zur Schaffung eines Werkstückes sind relativ unterschiedlich. Diese liegen bei einfachen Werkstücken im Stundenbereich, bei komplizierten Werkstücken kann die Herstellung aber auch schon einmal mehrere Tage dauern. Bei der Fertigung besonders kleiner Stückzahlen oder von Prototypen wird das selektive Lasersintern bevorzugt eingesetzt. Beim selektiven Lasersintern können besonders hohe Stückzahlen einfacher Werkstücke wie Zahnkäppchen extrem schnell und preiswert hergestellt werden. Ob das selektive Lasersintern oder ein Zerspanungsprozess angewendet wird, hängt immer von der Beschaffenheit des gewünschten Werkstücks und der Stückzahl ab.

Grundlagen der beiden Prozesse

Bei der Zerspanung kommen zwei verschiedene Arbeitsschritte zur Anwendung. Mit einer Schnittbewegung wird ein Stück vom Werkstoff abgeschnitten. Mit der anschließenden Vorschubbewegung wird der abgeschnittene Span vom Werkstück weggedrückt. Beim Zerspanen ist es egal, ob sich das Werkzeug oder das Werkstück bewegt. Dies ist nur bei der Herstellung der Maschinen von Relevanz.

Beim Fräsen, Bohren und Drehen wird eine rotierende Bewegung ausgeführt, während beim Sägen, Feilen, Stoßen und Hobeln eine hin- und hergehende Bewegung durchgeführt wird. Bei einer Vorschubbewegung wird eine fortdauernde Span-Abnahme geschaffen.

Beim selektiven Lasersintern kann die Bearbeitung eines Werkstücks nur dann erfolgen, wenn die Geometriedaten des gewünschten Werkprodukts in dreidimensionaler Form vorliegen. Diese werden vom Computer in Schichtdaten unterteilt. Der pulverförmige Werkstoff ist zumeist ein Kunststoff, Polyamid 12, Keramik- oder Metallpulver oder ein kunststoffbeschichteter Formsand.

Das Pulver wird durch eine Walze oder eine Rakel auf einer Plattform aufgebracht. Die Dicke beläuft sich auf 1 bis 100 µm. Die einzelnen Schichten werden durch einen Laserstrahl Schritt für Schritt in das Pulverbett eingeschmolzen. Die Bearbeitung der Schichten erfolgt in vertikaler Richtung, sodass auch hinterschnittene Konturen erzeugt werden können. Das verwendete Pulver absorbiert die Energie, die vom Laser ausgeht, wodurch die Gesamtoberfläche reduziert wird. Das Pulver wird nicht durch Mahlen hergestellt, sondern in Form von Kügelchen polymerisiert. Dies ist deshalb notwendig, weil das Pulver eine hohe Rieselfähigkeit besitzen muss.

Zukunftsaussichten und Anwendungsgebiete von selektivem Lasersintern

Einer der grundlegenden Vorteile von selektivem Lasersintern liegt darin, dass keine Stützstrukturen benötigt werden. Das Bauteil wird bei der Produktion von dem umliegenden Pulver gestützt. Nach Fertigstellung des Prozesses kann das überschüssige Pulver ganz einfach abgeklopft und wiederverwendet werden.Bei Kunststoffpulvern ist dies nicht immer möglich, da der Prozess die Qualität des Kunststoffs mindert.

Der Begriff „Lasersintern“ wird uneinheitlich genutzt. Im akademischen Bereich wird dieser als Prozess bezeichnet, bei dem Pulverkörner geschmolzen werden. Heutzutage wird der Begriff vornehmlich bei Prozessen verwendet, bei welchen Metallpulver oder Kunststoff schichtweise und ohne Binder geschmolzen werden. Nach der Schmelze bzw. Fertigstellung der Schichten entsteht ein homogener Werkstoff, der eine immens hohe Dichte vorweisen kann.

Aktuell wird bei selektivem Lasersintern an einer Verbesserung der Baurate gearbeitet. Außerdem wird das Verfahren der Elektronenstrahlsintern erforscht, mit welchem eine schnelle Verarbeitung ermöglicht werden soll.

Die Vor- und Nachteile der beiden Methoden im Überblick:

• Die Wahl des Verfahrens hängt von der Auflage und Komplexität des Werkprodukts ab
• Die Zerspanung ist zumeist schneller als das selektive Lasersintern
• Beim selektiven Lasersintern wird das Werkprodukt Schicht für Schicht aufgebaut
• Bei der Zerspanung wird überschüssiges Material entfernt
• Beim selektiven Lasersintern können komplizierteste Formen verwirklicht werden
• Das selektive Lasersintern ist zeitaufwändig und nicht immer kostengünstig
• Mit dem selektiven Lasersintern können Prototypen und kleine Stückzahlen hochwertig produziert werden
• In puncto Qualität bestehen keine großen Unterschiede

Weitere Informationen zu zerspanenden Verfahren findet man auf http://vioproto.de/cnc-fraesen-drehen/