SLS Kunststoff-Lasersintern

Kegelmann stellt Prozessqualitätsindex vor

Auf der Formnext präsentiert Kegelmann Technik einen weiteren Baustein des internen Qualitätsmanagements, die reproduzierbare Qualität im SLS‑Produktionsprozess zu steigern.

In der Praxis werden meist von den Lasersinter-Anlagenherstellern pauschal ermittelte Parametersätze angewandt. Stephan Kegelmann, Geschäftsführer der Kegelmann Technik GmbH, wollte es nun genauer wissen: „Auch wenn die Kundenanforderungen an Geschwindigkeit und Flexibilität ständig steigen, reproduzierbar hochqualitative Produkte bleiben das oberste Ziel. Unser KPQ-Index ist dabei ein äußerst hilfreiches Instrument, durch Messen und Erfahrungswissen Pauschalansätze zu ersetzen und ein Fertigungsverfahren absolut beherrschbar zu machen.“

Viele Faktoren entlang der Prozesskette beeinflussen die Qualität und vor allem ihre Reproduzierbarkeit für einen Einsatz in der Serienfertigung lasergesinterter Bauteile. Angefangen beim Bauteil selbst und seiner Konstruktion beeinflussen auch prozessvorbereitende Maßnahmen wie z.B. die Bauteilorientierung im Bauraum, der eigentliche Bauprozess mit Parametern wie Laserstrategie, Temperatur, Material und Materialqualität sowie die nachgelagerten Prozesse wie Abkühlung und Nachbearbeitung die spätere Bauteilqualität in Bezug auf Maßhaltigkeit, Toleranzen und wichtige Materialeigenschaften wie z.B. Homogenität, Dichte und Festigkeit. Diese zeigt sich dann in Messwerten wie Bruchdehnung, Zugfestigkeit und E-Modul, Restporosität und eventuelle Einschlüsse bei mitgebauten Prüfkörpern und Referenzbauteilen.

Kegelmann Technik hat nun die Eigenschaften der genutzten Ausgangspulver, insbesondere die Mischungsverhältnisse, auf signifikante Einflüsse besonders untersucht. Ziel der Untersuchungen war auch, weitere Lieferanten, aber auch neu entwickelte Pulvermaterialien, die beispielsweise nicht mehr auf Erdöl, sondern auf biologischen Grundstoffen basieren, schnell und zuverlässig in die Produktionsprozesse integrieren zu können.

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Beim Lasersintern wird ein Kunststoffpulver durch den Laser an bestimmten Stellen erhitzt und härtet dann zum Bauteil aus. Dabei bleibt überschüssiges Pulver zurück, dieses wird dann ressourcenschonend recycelt. Dieses recycelte Pulver kann in seiner Qualität allerdings nicht der eines ganz neuen und frischen Pulvers entsprechen. Der Kunststoff war beim ersten Produktionsprozess bereits irreversiblem Stress vor allen Dingen durch erhöhte Temperatur ausgesetzt. Um wieder zu einer halbwegs definierten Qualität des Pulvers zu kommen, wird dem weiteren Produktionsprozess recyceltes Pulver in einem bestimmten Mischungsverhältnis mit neuem Pulver wieder zugeführt, meist pragmatisch im Verhältnis 50:50. Daraus folgt jedoch auch, dass nach der zweiten Recyclinggeneration 25% des Pulvers schon zweimal recycelt wurden – mit allen denkbaren Folgen für Qualitätsprobleme. Manchmal benötigt man auch bessere mechanische Eigenschaften des Bauteils, die man durch erhöhte Energiezufuhr des Lasers erreichen kann – wenn einem die Pulverqualität nicht komplett einen Strich durch die Rechnung macht. Eigenschaftsänderungen des recycelten Pulverwerkstoffes können Wärmeleitfähigkeit und Umwandlungstemperatur, Volumenänderung, optische Eigenschaften, Partikelform und Partikelgrößenverteilung betreffen. Auch Sieben und Schütteln, Transport und Lagerung wirken sich aus. Echte Reproduzierbarkeit ist mit Faustformeln unter solchen Umständen kaum zu erreichen.

Der Kegelmann Pulverqualitätsindex

Der KPQ-Index, der Kegelmann Pulverqualitätsindex, stellt einen eigenen definierten Prozess für die Pulverqualifikation mithilfe von Licht- und Rasterelektronenmikroskop und Flowmeter dar. Dieser Index ergibt sich durch „Zurückrechnen“ ausgehend von dem, was der Kunde eigentlich will: stabile reproduzierbare Qualität bei definierten Bauteileigenschaften wie z.B. Dichte und Bruchdehnung. Kegelmann Technik verabschiedet sich also von geschätzten Pulverauffrischraten und macht mit dem KPQ‑Index die kumulierte thermische Schädigung des Pulvers durch Auffrischung beherrschbar. Resultat sind eine höhere Total Manufacturing Quality, konstantere Produktqualität und bessere Materialeigenschaften – und damit eine höhere Kundenzufriedenheit.

Formnext, Halle 3.1, Stand D50

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