EOS: Direktes Metall Laser-Sintern (DMLS) mit dem Werkstoff Titan

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Das Verfahren wird in der Serienfertigung und in der kundenindividuellen Fertigung immer häufiger eingesetzt.

EOS, Anbieter im Bereich Laser-Sintern, beobachtet einen deutlich zunehmenden Einsatz von EOSINT M 270-Systemen zur Herstellung von Bauteilen aus Titan. Seit der Einführung von Titan als Werkstoff zur Verarbeitung auf diesem System im Jahre 2006 hat EOS sowohl die Systemtechnologie als auch den Bauprozess auf Basis des Titanwerkstoffes weiterentwickelt. Dies führte zu einer höheren Produktivität und zu einer besseren Oberflächengüte der Bauteile.

In der Folge zeigte der Markt ein größeres Interesse an diesem Werkstoff, der dann – verarbeitet mit der Laser-Sinter Technologie – in einer Reihe industrieller und Endverbraucher-Anwendungen zum Einsatz kam. So setzen heute nicht nur EOSINT M 270 Kunden in den wichtigsten Märkten in Europa, Nordamerika und Japan das System ein. Systeme sind auch bereits im Einsatz in Südafrika und Indien und weitere Bestellung gingen aus Südafrika und Australasien ein. Zu den Kunden gehören industrielle Endverbraucher, Dienstleistungsunternehmen und Forschungseinrichtungen.

Das Laser-Sintern ist eine ideal einsetzbare Produktionsmethode für viele Titan-Anwendungen. Konventionelle Fertigungsmethoden wie Gießen, Schmieden oder Fräsen sind oft schwierig und sind in der Regel nur zu hohen Kosten mit dem Werkstoff Titan umzusetzen. Fertigt man nach dem e-Manufacturing Konzept des Laser-Sinterns, so wird Titan zum Beispiel auch zur Herstellung hochwertiger Komponenten in relativ kleinen Stückzahlen eingesetzt. Die Tatsache, dass per Laser-Sintern Hohlräume oder andere Leichtgewicht-Strukturen erzeugt werden können, erhöht auch die Leistungsfähigkeit der Bauteile. In gewichtskritischen Anwendungen wie zum Beispiel im Bereich Luft- und Raumfahrt eröffnet der Werkstoff Titan damit auch erhebliche Wertschöpfungspotenziale. 

Titanlegierungen verfügen über exzellente mechanische Eigenschaften und eine hohe Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit einem geringen spezifischen Gewicht und einer guten Biokompatibilität. Bislang sind die vorrangigen Anwendungsfelder von laser-gesinterten Bauteilen aus Titan vor allem im Medizin- und Dentalbereich, in der Luft- und Raumfahrt, im Motorsport und in der Modeindustrie zu finden. Das am häufigsten verwendete Material ist EOS Titanium Ti64 – eine Ti6AI4V-Legierung in feiner Pulverform. Bei einigen medizinischen Anwendungen kommt eine ELI-Version (extra-low interstitial)  dieses Pulvers oder ein Reintitan-Pulver zum Einsatz.

Mike Shellabear, Vice President für die Metall Technologie bei EOS fügt hinzu: "Titan-Anwendungen sind in der Regel sehr anspruchsvoll. Insbesondere in der Medizin sowie im Luft- und Raumfahrtbereich muss man eine exzellente Teilequalität sicherstellen. Dies wird nur erreicht, wenn die Maschinen, auf denen produziert wird, und die entsprechende Prozesskette dies verlässlich unterstützen. Wir haben bereits eindrucksvoll bewiesen, dass unsere hochmoderne Technologie diese Anforderungen erfüllen kann. Mittlerweile sehen wir am Markt ein wachsendes Interesse an und eine höhere Akzeptanz für das Direkte Metall Laser-Sintern als eine für die Verarbeitung von Titan geeignete Produktionsmethode. Wir erwarten in diesem Bereich zukünftig noch ein starkes Wachstum."

Leader Italia s.r.l. (www.leaderitalia.it) leistet Pionierarbeit auf dem Gebiet der Serienfertigung per Laser-Sintern von medizintechnischen Geräten aus Titan. Das Unternehmen hat eine spezielle Produktpalette innovativer Dentalimplantatschrauben mit dem Namen TiXos entwickelt. Sie wurden so konstruiert, dass sie durch Herstellung aus Titan auf der EOSINT M 270 einzigartige Vorteile bieten. Konventionell werden solche Schrauben maschinell aus Vollmetall hergestellt. Beim Laser-Sintern werden die Schrauben im Schichtbauverfahren hergestellt, in dem das zugrundeliegende Metallpulver an den vordefinierten Stellen zusammengeschmolzen und so auch überflüssiger Abfall vermieden wird. Durch die kontrollierte Einwirkung des Lasers entsteht eine Hybridstruktur mit einem porenfreien Körper und einer porösen Oberflächenstruktur. So entfällt der sonst notwendige Beschichtungsprozess und die Bioaktivität des Bauteils wird verbessert. Es ist damit auch ein sehr produktiver Produktionsprozess.

Da in diesem Fall keine Werkzeuge nötig sind, können – je nach Bedarf – pro Baujob verschiedene Arten und Größen dieser Implantatschrauben hergestellt werden. Im Ergebnis handelt es sich also dabei um eine effiziente und flexible Serienfertigung eines Hochleistungsproduktes. Federico Rizzi, Product Design Manager bei Leader Italia ergänzt: "Die innovative Verarbeitung von Titan per Laser-Sintern ermöglicht es uns, Dentalimplantate und entsprechende Oberflächen rechnergestützt zu konstruieren und produzieren. Diese Oberflächen zeichnen sich aus durch miteinander verbundene Hohlräume, die die Knochenstruktur des Menschen nachbilden. Dieses Ergebnis wäre nicht erzielbar, wenn man die Implantate mit herkömmlichen Oberflächenbehandlungen nachbearbeiten würde. So können wir mit dazu beitragen, ein völlig neues Kapitel in der Dental-Implantologie aufzuschlagen und diese weiter voranzutreiben."

FutureFactories (www.futurefactories.com) ist ein in England ansässiges und von Lionel T. Dean gegründetes Unternehmen. Es war eines der ersten, das die einzigartigen Möglichkeiten des e-Manufacturing für den Entwurf neuer Mode- und Endverbraucher-Produkte nutzte. In den letzten Jahren setzte FutureFactories das Laser-Sintern nicht nur für die Herstellung außergewöhnlicher Geometrien ein – darunter Lampen und Stühle aus Kunststoff und Schmuck aus Metall. Dies wäre mit anderen Herstellungsverfahren nur schwer oder gar nicht möglich gewesen. In der Designwelt haben diese Teile großes Aufsehen erregt. So hat etwa das Museum of Modern Art in New York bereits eine laser-gesinterte Lampe mit dem Namen Tuber9 für ihre permanente Design-Ausstellung erworben.

Mit dem "Icon"-Schmuckanhänger hat Future Factories erneut neue Wege beschritten. Es ist dies die limitierte Auflage eines kommerziellen Produktes. Bei dieser Edition ist jeder Anhänger einmalig, basiert aber auf einem gemeinsamen Meta-Design und ist damit ein perfektes Beispiel für das Thema Massen-Individualisierung. Das Design ist hochkomplex und besteht aus ineinander verwobenen, frei geformten Teilen. "Icon" wurde aus Titan gefertigt. Mit herkömmlichen Produktionsmethoden wäre es nahezu nicht herstellbar gewesen und das im Schmuckdesign übliche Löten ist beim Werkstoff Titan auch nicht möglich. Die laser-gesinterten Schmuckanhänger werden porenfrei gefertigt und am Schluss noch poliert, um das gewünschte ästhetische Äußere zu erzeugen. Lionel T. Dean fasst die Vorteile so zusammen: "Das Direkte Metall Laser-Sintern (DMLS) hat FutureFactories von den Einschränkungen des Gussverfahrens befreit und erlaubt es uns heute, komplexe CAD Geometrien direkt aus Metall umzusetzen. Nun steht die Form, die wir erzeugen wollen, im Mittelpunkt unserer ersten Überlegungen und nicht die Grenzen, die uns der Herstellungsprozess bisher auferlegt hat."

Kerrie Luft (www.kerrieluft.com) ist eine englische Schuhdesignerin, die am legendären Cordwainers, einem Bereich des London College of Fashion studiert hat. Kerrie beschreibt es so: "Ich entwerfe außergewöhnliche Schuhe und setze dabei neue Technologien wie etwa das Laser-Sintern ein. Ich nutze diese Technologie auf eine konzeptionelle Art und Weise. Meine letzte Kollektion "Nouveau" bildet die Charakteristika der Art Nouveau ab und verarbeitet dabei Titan mit Hilfe des Rapid Prototyping, um die komplexe Geometrie der Schuhabsätze zu erzeugen. Inspiriert durch die Natur habe ich innovative Formen für den Schuh selber und für den Absatz entwickelt. Ich liebe den Prozess des Designs und der Umsetzung – und damit die Übertragung des ursprünglichen Konzeptes in eine Kollektion, die sehr einzigartig und speziell ist. Laser-Sintern gibt mir die Freiheiten, genau das zu tun." Die filigrane Struktur der Absätze setzt ein hochfestes Material voraus – Titan wurde deswegen als idealer Werkstoff dafür ausgewählt. Die daraus entstandenen Schuhe ihrer MA Kollektion – mit revolutionären, aus Titan und per Laser-Sintern gefertigten Absätzen – wurden sogar bereits in der Mall Gallery in London ausgestellt. Dadurch wurde Kerrie dann auch als Finalist für den sogenannten "Fashion Fringe" beim "Covent Garden Accessories Award 2009" nominiert.  

Weitere Informationen: www.eos.info

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