Zerspanung vs. selektives Lasersintern – eine Gegenüberstellung

Das selektive Lasersintern löste in der jüngeren Vergangenheit die Zerspanung ab. Beide Verfahren weisen ihre Vor- und Nachteile auf, wobei die Auswahl, ob Zerspanung oder Lasersintern in Frage kommt, im Einzelfall davon abhängig ist, welches Produkt gewünscht wird.

Zerspanen – wie funktioniert das?

Werkstücke werden beim zerspanen in eine bestimmte geometrische Form gebracht. Das überschüssige Material der Rohteile wird bei dieser Bearbeitungsweise mechanisch abgetrennt, in dem Späne erschaffen werden. Bei den typischen Verfahren der Zerspanung handelt es sich um Fräsen, Bohren und Drehen. Die Werkzeuge basieren beim Schleifen auf zahlreichen Körnern, deren Kanten die Späne im Mikrobereich abtrennen.

Das selektive Lasersintern

Beim Lasersintern, das auch als Laserschmelzen bezeichnet wird, erfolgt die Bearbeitung nicht durch die Zerspanung, sondern durch einen pulverförmigen Ausgangsstoff. Hier entsteht das Werkstück durch ein generatives Schichtverfahren. Das heißt, dass das Werkstück praktisch Schicht für Schicht aufgebaut wird. Die Laserstrahlen, die dabei verwendet werden, ermöglichen die Schaffung von dreidimensionalen Geometrien.

Zerspanen und selektives Lasersintern: der Unterschied

Durch den Zerspanungsprozess können viele Werkstücke nicht hergestellt werden. Der Grund ist, dass das Innere des Werkstückes nicht mit einer besonderen Form ausgestattet werden kann. Beim selektiven Lasersintern ist das jedoch problemlos möglich. Allerdings ist das Lasersintern recht zeitaufwendig und zudem mit einem sehr hohen maschinellen Aufwand verbunden.

Bis zur Schaffung eines Werkstückes sind die Prozessseiten relativ unterschiedlich. Bei einfachen Werkstücken liegt das in einem Stundenbereich, während bei einem komplizierteren Werkstück auch schon einmal Tage benötigt werden. Geht es um die Fertigung von kleinen Stückzahlen oder Prototypen, dann wird das selektive Lasersintern bevorzugt eingesetzt. Der Grund ist, dass hier selbst extrem hohe Stückzahlen von einfachen Werkstücken wie bspw. Zahnkäppchen sehr schnell und besonders preiswert hergestellt werden können.

Es ist letztendlich von der Beschaffenheit des gewünschten Werkstückes oder der Stückzahl abhängig, ob das selektive Lasersintern oder der Zerspanungsprozess zum Einsatz kommt.

Die Grundlagen: selektives Lasersintern vs. Zerspanung

Es werden bei der Zerspanung zwei verschiedene Arbeitsschritte verwendet. Zum einen wird mit einer Schnittbewegung ein Stück vom Werkstück abgeschnitten und dann mit der anschließenden Vorschubbewegung der abgeschnittene Span vom Werkstück entfernt. Es ist egal, ob sich das Werkstück beim Zerspanen bewegt oder das Werkzeug. Nur bei der Herstellung der Maschinen ist das relevant.

Während beim Drehen, Bohren und Fräsen eine rotierende Bewegung ausgeführt wird, wird beim Sägen, Feilen, Hobeln und Stoßen eine hin- und hergehende Bewegung durchgeführt. Durch die Vorschubbewegung wird bei beiden eine fortdauernde Span-Abnahme geschaffen.

Kommt das selektive Lasersintern zum Einsatz, dann kann das Werkstück nur dann bearbeitet werden, wenn dessen Geometriedaten in dreidimensionaler Form vorliegen. Von einem Computer werden diese in Schichtdaten unterteilt. Bei dem pulverförmigen Werkstoff handelt es sich zumeist um einen Kunststoff, ein Polyamid 12 oder auch Keramik- oder Metallpulver. Auch ein kunststoffbeschichteter Formsand kann zum Einsatz kommen.

Durch eine Walze oder eine Rakel wird das Pulver auf eine Plattform aufgebracht, wobei sich die Dicke auf 1 bis 100 µm beläuft. Schritt für Schritt werden die einzelnen Schichten durch einen Laserstrahl in das Pulverbett eingeschmolzen. Dabei erfolgt die Bearbeitung in vertikaler Richtung, so dass es möglich ist auch hinterschnittene Konturen zu erzeugen. Von dem verwendeten Pulver wird die Energie, die von dem Laser ausgeht, absorbiert, wodurch sich die Gesamtoberfläche reduziert. Das verwendete Pulver wird nicht durch Mahlen erzeugt, sondern es wird in Form von Kügelchen polymerisiert. Notwendig ist diese Vorgehensweise, da das Pulver eine sehr hohe Rieselfähigkeit aufweisen muss.

Die Zukunftsaussichten und Anwendungsgebiete des selektiven Lasersinterns

Einer der grundlegenden Vorteile des selektiven Lasersinterns besteht darin, dass hier keinerlei Stützstrukturen benötigt werden. Bei der Produktion wird das Bauteil von dem Pulver, von dem es umgeben ist, gestützt. Das überschüssige Pulver wird nach der Fertigstellung einfach abgeklopft und kann wiederverwendet werden. Allerdings ist das bei Kunststoffpulvern nicht immer möglich, da die Qualität des Kunststoffs durch den Prozess gemindert wird.

Wichtig ist zu wissen, dass der Begriff „Lasersintern“ uneinheitlich genutzt wird. Innerhalb des akademischen Bereichs wird der Begriff genutzt, um einen Prozess zu bezeichnen, bei dem Pulverkörner geschmolzen werden. Doch vornehmlich wird der Begriff „Lasersintern“ bei den Prozessen genutzt, bei dem Metallpulver oder Kunststoff schichtweise geschmolzen wird. Nach der Bearbeitung entsteht so ein homogener Werkstoff, der eine immens hohe Dichte aufweist.

Die Vor- und Nachteile: selektives Lasersintern vs. Zerspanung

Welches Verfahren zur Anwendung kommt, das ist abhängig von der Auflage und Komplexität des Werkprodukts

• Zumeist ist die Zerspanung schneller als das selektive Lasersintern

• Das Werkprodukt wird beim selektiven Lasersintern Schicht für Schicht aufgebaut

• Beim Zerspanen wird überschüssiges material vom Werkstück entfernt

• Es können beim selektiven Lasersintern selbst komplizierte Formen umgesetzt werden

• Das selektive Lasersintern ist zeitaufwendig und auch nicht immer kostengünstig

• Es ist möglich, durch das selektive Lasersintern auch Prototypen und Kleinstauflagen hochwertig und kostengünstig zu produzieren

• In Bezug auf die Qualität gibt es keine großen Unterschiede

Aktuell wird versucht beim selektiven Lasernsintern eine Verbesserung der Baurate zu erreichen. Zudem wird das Verfahren der Elektronenstrahlsintern erforscht. Mit diesem soll eine schnellere Bearbeitung der Werkstücke möglich sein.