Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Additive Fertigung: Ausgabe 01/2019, 25.01.2019

Eine Million Dioden anstatt ein Faserlaser

Mit der «LaserProFusion»-Technologie präsentierte EOS auf der Formnext einen Bauprozess der so produktiv ist, dass er in vielen Anwendungen als Spritzgussersatz dienen kann, heisst es beim deutschen AM-Anlagenhersteller. Das revolutionäre Verfahren zur additiven Fertigung mit Kunststoffen setzt anstelle der bisher im Pulverbettverfahren üblichen ein bis vier Faserlaser auf knapp eine Million Diodenlaser, die den Werkstoff aufschmelzen und so schichtweise das Bauteil entstehen lassen.

Mit der neuen LaserProFusion-Technologie bringt EOS eine Neuentwicklung auf den Markt, die eine drastische Steigerung der Produktivität ermöglichen soll. Als einer der Pioniere der Branche mit fast 30 Jahren Erfahrung im Bereich der additiven Fertigung (AM) will der Anlagenhersteller das Zusammenspiel zwischen Pulverwerkstoff und Laser optimieren und setzt dabei zwar auch weiterhin auf diese für industrielle Anwendungen im Pulverbettverfahren prädestinierte Energiequelle, aber eben nicht in Form von Faserlasern. Im Gegensatz zum bisherigen Laser-Sintern fährt nicht ein CO2-Laser das gesamte Baufeld ab, sondern es kommen bis zu einer Million Diodenlaser als Strahlquellen zum Einsatz. Erstmals der breiten Öffentlichkeit präsentiert wurde die Technologie auf der AM-Fachmesse Formnext im vergangenen November.
Tobias Abeln, Geschäftsführer Technik und Entwicklung bei EOS, illustriert den Effekt der Neuentwicklung wie folgt: «Mit der LaserProFusion-Technologie erreichen wir beim industriellen 3D-Druck mit Polymeren ein neues Mass an Produktivität für die Serienfertigung. Es ist eine Technologie, die in vielen Applikationen eine Alternative zum Spritzguss sein kann, beziehungsweise einen werkzeuglosen Spritzguss ermöglicht. Damit wird der industrielle 3D-Druck in Zukunft für einen komplett neuen Markt attraktiv.»
Die Batterie von Diodenlasern einer Anlage kann zusammengerechnet eine maximale Gesamtleistung von bis zu 5 kW erreichen. Dabei handelt es sich um vertikal emittierenden Diodenlaser, sogenannte VCSEL (Vertical-cavity Surface-emitting Laser), die das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abstrahlen, im Gegensatz zu kanten­emittierenden Laserdioden, bei denen das Licht an einer oder zwei Flanken des Chips austritt. Sie strahlen mit einer Wellenlänge von rund 800 nm und sind bei EOS auf einer rund 40 cm tiefen, horizontal verfahrbaren Belichtungseinheit angeordnet. Jeweils rund 300 einzelne Strahlen werden in einem optischen Kanal gebündelt. Zum Schmelzen des Kunststoffpulvers stehen damit knapp 3500 Pixel zur Verfügung, die alle einzeln schaltbar sind. Die Kopplung der Einzelstrahlen sei notwendig, damit genügend Wärmeenergie in das Pulverbett eingebracht werden kann, heisst es bei EOS.
Beim Druckprozess wird die Belichtungseinheit mit hoher Geschwindigkeit über das Pulverbett geführt. Pro Bauteilschicht werden auf den Pixel genau nur die Laser an den Stellen zum Schmelzen des Kunststoffpulvers aktiviert, an denen es die CAD-Daten des Bauteils vorgeben. Die Dauer der Belichtungszeit werde mit der neuen Technologie unabhängig von der Anzahl der Bauteile und ihrer Geometrie signifikant verkürzt, laut Abeln um bis zu Faktor zehn. «Dabei sind wir sowohl unabhängig von der Grösse des einzelnen Bauteils als auch von der Packungsdichte im gesamten Bauraum», so Abeln. «So ist es uns möglich, auch komplexe Teile in Sekundenschnelle herzustellen.»
Aktuell befindet sich das neue Verfahren im Prototypenstadium. Die Markteinführung plant man für das Jahr 2021. Anfangs wird lediglich PA 12 als Material angeboten. Bevor Hochleistungskunststoffe wie PEEK oder PEKK einsetzbar seien, müssten noch einige Forschungsaufgaben gelöst werden, heisst es beim Hersteller. (msc)

eos.info



Die LaserProFusion-Technologie von EOS setzt auf rund eine Million Diodenlaser pro Belichtungseinheit; damit soll der industrielle 3D-Druck für die Serienfertigung mit Polymermaterialien eine Produktivität ähnlich Spritzguss erreichen. (Bilder: EOS)


Die Dauer der Belichtungszeit wird mit der LaserProFusion-Technologie signifikant verkürzt, unabhängig von der Anzahl der Bauteile und ihrer Geometrie.