Posted 27. April 2024

SLS Konstruktionsrichtlinien

In diesem Artikel werden speziell für das selektive Lasersintern mit Kunststoff sowie für das Lasersintern mit Metall Konstruktionshinweise und Design Guides erarbeitet.

Die Bauteile werden beim SLS schichtweise aus pulverförmigen Material aufgebaut und anschließend per Laser lokal verschmolzen. Damit gelten hier Richtlinien für pulverbettbasierte Druckverfahren.

SLS Konstruktionsrichtlinien Kunststoff

Schichtdicke

• Schichtdicken von 0,1 mm sind Standard
• abhängig von der Geometrie kann an manchen Oberflächen eine Stufenbildung auftreten

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Höhere Schichtdicken führen zu geringeren mechanischen Eigenschaften. Wird die Schichtstärke erhöht, die Laserleistung aber konstant gehalten, resultiert ein geringerer Versinterungsgrad, da die Energie nicht mehr ausreicht, um die aktuelle Schicht gut mit der vorherigen Schicht zu verbinden.

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Toleranzen

• abhängig von Material und Geometrie
• Mindesttoleranzen von ± 0,2 – 0,3 mm
• Längentoleranzen von:
  • 0     –  30 mm:  ± 0,2 mm
  • 30  – 100 mm:  ± 0,3 mm
  • ab    100 mm:  ± 0,3 % vom Nennmaß
• beim SLS sind nur symmetrische Toleranzmaße zu empfehlen
• Bauteilabmessungen werden exakt so gedruckt, wie sie im CAD-System konstruiert sind (aber Verzug beachten)

Bewegliche Teile

• mind. 0,1 mm Abstand zwischen losen Verbindungen, die nach dem Druckvorgang montiert werden
• bewegliche Teile aus mehreren Einzelkomponenten sollten einen Abstand von mind. 0,5 mm zwischen den Bauteilen aufweisen

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Wird der Abstand zwischen den Einzelteilen zu gering, kann das Pulver in dem Spalt durch den Energieeintrag ebenfalls verhärten und die Beweglichkeit beeinträchtigen, Abstände sollten dadurch immer größtmöglich gewählt werden.

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Gelenke

• richtige Werkstoffwahl (PP oder PE für guten Kompromiss von Steifigkeit und Flexibilität)
• Spaltmaße von 0,3 – 0,5 mm vorsehen
• Gelenke und Scharniere können in einem Stück gefertigt werden

Lose Verbindungen

• 0,1 mm Abstand zwischen den Einzelteilen
• ohne Spalt entsteht eine Presspassung
• gilt nur für Bauteile, welche nach dem Druck montiert werden (ansonsten siehe Gelenke)

Wandstärke

• mindestens 0,6 mm für leicht flexible Wände
• Steife Wände benötigen ca. 2 mm Wandstärke
• Kantenverrundungen vorsehen

Verzug

• lange Flächen mit geringen Wandstärken vermeiden
• große, flache Geometrien und offene Strukturen vermeiden
• Vergrößerung der Wandstärke reduziert den Verzug
• lange Wände dicker vorsehen als kurze
• erhöhte Verzugsgefahr durch verschieden starke Strukturen in einem Modell

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Der Hitzeeintrag des Lasers ist bei dickeren Bereichen höher und das resultiert in einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung während des Abkühlprozesses.

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Hohle Modell

• hohle Strukturen sind möglich
• innenliegendes Pulver muss jedoch entfernbar sein
• mindestens 2 Entnahmelöcher vorsehen
• diese so groß wie möglich, aber mindestens 10 mm im Durchmesser

Löcher & Gewinde

• Lochdurchmesser ist von Wandstärke abhängig
• Mindestlochdurchmesser von 1 mm
• Gewinde ab M10 herstellbar
• Innen- und Außengewinde möglich

Erhabene & Eingelassene Flächen

• für lesbare Erhebungen mindestens 0,6 mm Wandstärke und 3 – 4,5 mm Höhe
• bei eingelassenen Details 1 mm Strichstärke und mindestens 1,5 mm Tiefe
• Beschriftungen werden empfohlen mit Schriftarten ohne Serifen

Kosten

• Reduzierung durch mehrere Bauteile pro Druckvorgang
• Kosten sind abhängig von Bauhöhe – Verkleinerung anstreben
• Bauteile schachteln und stapeln
• Reduktion des Bauvolumens
  • durch integrierte Konstruktion
  • mittels Leichtbau
  • aufgrund einer kraftflussoptimierten Konstruktion

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Bei igus werden mittels SLS relativ viele Einzelteile aus Kunststoff in einem Druckprozess hergestellt. Dabei wird der zur Verfügung stehende Bauraum möglichst optimal ausgenutzt, um die Kosten pro Druck und dementsprechend pro Bauteil senken zu können. Mehr Eindrücke dazu im Video.

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Auflösung STL-Dateien

• bei Rundungen ist eine relativ Hohe Auflösung notwendig
• Richtwerte für Kunststoffe:
  • Abweichungstoleranz von 0,01 mm
  • Winkeltoleranz von 2 °

Nachbehandlung

• unbehandelte Verwendung der Bauteile ist möglich
• Nachbehandlungen erhöhen jedoch meist die Qualität
  • spanende Bearbeitung
  • Gleitschleifen
  • Färben
  • Lackieren

SLS Konstruktionsrichtlinien Metall

SLS 3D-Druck Konstruktionsrichtlinien für Metallbauteile

Besonderheiten bei Metallen:

• Mindestwandstärke von Aluminium: 0,5 mm
• Mindestwandstärke von Edelstahl : 0,25 mm
• ± 1 ° Abweichung bei Maß- und Formtoleranzen
• Passmaße und Gewinde durch spanende Endbearbeitung

Supportstrukturen

• jedes Metallbauteil muss auf einer Grundplatte fixiert sein
• Konturen möglichst auf vorherige Konturen auftragen (nicht ins lose Pulverbett)
• Supportstrukturen mit möglichst kleinen Wandstärken