Powder Bed Fusion (PBF) revolutioniert die Fertigungstechnik, indem es die Produktion hochkomplexer und maßgeschneiderter Teile ermöglicht. Erfahren Sie in diesem Blogbeitrag, was PBF genau ist, welche Technologien und Terminologien diesem Verfahren angehören, Näheres zu den Vorteilen sowie zu den Branchen, in welchen sie Anwendung finden.
Das Wichtigste in Kürze
- Powder Bed Fusion (PBF) baut komplexe Kunststoff- und Metallteile Schicht für Schicht mit einem Laser oder Elektronenstrahl.
- Zu den Technologien gehören SLS für Polymere und LPBF/EBPBF für Metalle.
- Metall PBF schmilzt Pulver in kontrollierten Atmosphären für hohe Präzision und Festigkeit.
- Verwendung in Branchen wie Medizin, Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Maschinenbau.
Powder Bed Fusion
Powder Bed Fusion (PBF) gehört zur Additiven Fertigung (3D Druck) und ermöglicht die Fertigung von 3D gedruckten Objekten nach Schichtbauprinzip, die auf Informationen einer CAD-Datei beruhen. Demnach werden die Ebenen schichtweise aus einem Pulverbett aufgebaut, bis die gewünschte Form erzeugt ist. Kennzeichnend für das PBF-Verfahren ist der Einsatz einer Energiequelle (Laser oder Elektronenstrahl), die präzise die Oberfläche des Pulverbettmaterials zur Erstellung der gewünschten Geometrie erhitzt.
Powder Bed Fusion Technologie
Es existieren verschiedene 3D Druck Verfahren, die auf der Powder Bed Fusion Technologie (PBF) basieren. Unterschieden werden sie hierbei, nach der eingesetzten Energiequelle, des Materials sowie der Prozessführung.
Das Selektive Lasersintern (SLS) gehört zu dem PBF-Verfahren, das polymerbasierte Pulver (z. B. Nylon, PEKK) verarbeitet und durch Sintern der Pulverpartikel mittels Lasers zu festen, schichtweise aufgebauten Bauteilen führen. Metallpulver kommen hier nicht zum Einsatz.
Metal Powder Bed Fusion Verfahren werden in zwei Kategorien unterteilt: 3D-Druck mit einem Laserstrahl (LPBF) und einem Elektronenstrahl (EPBF), die beide durch patentierte Technologien geschützt sind. Im Folgenden erfahren Sie mehr über LPBF und EPBF.
Laser Powder Bed Fusion
Laser Powder Bed Fusion
Technologien wie das Selektive Laserschmelzen (SLM) oder das Direkte Metall-Laser-Sintern (DMLS) gehören zu den
Ein wesentlicher Unterschied zwischen LPBF und SLS ist, dass bei LPBF das Metallpulver nicht gesintert, sondern vollständig geschmolzen wird. Anstelle von Polymeren werden bei LPBF metallische Werkstoffe wie Aluminium, Titan, Stähle, Kobalt-Chrom oder Inconel verarbeitet.
Diese Materialien werden während des Druckprozesses in einer Schutzatmosphäre (z. B. Argon oder Stickstoff) aufgeschmolzen und schichtweise zu einem Objekt aufgebaut. Die inerte Atmosphäre verhindert die Oxidation des Metallpulvers während des Schmelzprozesses. Im Gegensatz dazu ist eine Schutzatmosphäre bei Kunststoffen und dem SLS-Verfahren nicht erforderlich.
Electron Beam Powder Bed Fusion
Die Electron Beam Powder Bed Fusion (EBPBF), auch bekannt als Electron Beam Melting (EBM), funktioniert ähnlich wie das LPBF-Verfahren. Anstelle eines Lasers wird jedoch ein Elektronenstrahl im Druckprozess verwendet, um das Metallpulver zu schmelzen und zu verschmelzen. Dieser Prozess findet in einer Vakuumkammer statt, um Metalloxidation, Verunreinigungen, Rauch und Abgase zu vermeiden und eine genauere Steuerung des Elektronenstrahls zu ermöglichen.
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- Laser Powder Bed Fusion Prozess von 2onelab
Powder Bed Fusion Prozess
Der wesentliche Fertigungsprozess ist sowohl bei LPBF (Laser Powder Bed Fusion) als auch bei EBPBF (Elektronenstrahl-Pulverbettfusion) ähnlich. Erfahren Sie nachfolgend mehr über die einzelnen Schritte des Powder Bed Fusion Prozesses mit Metall:
- 1. Zunächst wird die Baukammer mit inertem Gas gefüllt (z. B. Argon bei LPBF) oder in eine Vakuumumgebung (bei EBPBF) versetzt, um Oxidation des Metallpulvers zu verhindern und anschließend auf die optimale Bautemperatur erhitzt.
- 2. Eine dünne Schicht Metallpulver wird auf die Bauplattform verteilt, und ein Hochleistungslaser (bei LPBF) oder ein Elektronenstrahl (bei EBPBF) schmilzt den Querschnitt des Bauteils, wodurch die nächste Schicht gebildet wird.
- 3. Nach Abschluss des Scanvorgangs bewegt sich die Bauplattform um die Schichtdicke nach unten, und der Beschichter verteilt eine weitere Schicht Pulver. Der Vorgang wird wiederholt, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist.
- 4. Im Gegensatz zum Selektiven Laser Sintern (SLS) sind die Bauteile beim Metall 3D Druck durch Stützstrukturen an der Bauplattform befestigt, die Verzug und Verzerrungen verhindern.
- 5. Nach dem Druck und dem Abkühlen auf Raumtemperatur kommt es zur abschließenden Nachbearbeitung.
Metall 3D Druck Nachbearbeitung
Nach dem Druck erfolgt die Nachbearbeitung des 3D-Drucks von Metall mit verschiedenen Methoden. Ziel ist es, die mechanischen Eigenschaften, die Genauigkeit, die Oberflächenqualität und das Aussehen der 3D-gedruckten Metallteile zu optimieren.
Zu den notwendigen Nachbearbeitungsschritten gehören das Entfernen des überschüssigen Pulvers und der Stützstrukturen. Eine Wärmebehandlung (thermisches Glühen) wird oft eingesetzt, um Restspannungen im Metallobjekt abzubauen und die mechanischen Eigenschaften aufzuwerten.
Das metallische Werkstück kann in einem weiteren Schritt mit CNC-Bearbeitung modifiziert werden, um beispielsweise Bohrungen und Gewinde anzufertigen. Zur Optimierung der Oberflächenqualität und Ermüdungsfestigkeit kommen Verfahren wie Sandstrahlen, Polieren oder Metallbeschichtungen zum Einsatz.
Powder Bed Fusion Vorteile
Die Vorteile der Powder Bed Fusion (PBF) bei der Herstellung von Metallteilen sind im Vergleich zu traditionellen Fertigungsverfahren, wie der subtraktiven Fertigung, besonders deutlich.
- Komplexe Geometrien:Die Fertigung filigraner und komplexer Strukturen, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht realisierbar sind.
- Anpassung:Präzise, robuste und leichte Bauteile können individuell aus einer CAD-Datei erstellt werden.
- Effizienz und Zeitersparnis: Durch die Herstellung von Objekten in einem Stück statt aus Einzelteilen sinken Fertigungs- und Herstellkosten, und manuelle Arbeiten werden reduziert.
- Umweltfreundlichkeit: Eine bessere Energieeffizienz, kürzere Transportwege und die Reduzierung von Rohstoffverschwendung.
Powder Bed Fusion Anwendungen
Branchen, die eine hohe Individualisierung, Passgenauigkeit, komplexe Strukturen sowie Kosteneffizienz erfordern und Kleinserien oder Prototypen benötigen, profitieren besonders von der PBF-Technologie.
Pulverbettschmelzanwendungen: Typische Branchen sind die Medizintechnik (insbesondere die Prothetik in der Medizin- und Zahntechnik), die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie sowie die Werkzeug- und Maschinenherstellung.
Schlussfolgerung - Powder Bed Fusion
Powder Bed Fusion (PBF) ist eine Schlüsseltechnologie der modernen additiven Fertigung und ermöglicht die Herstellung hochkomplexer und individuell angepasster Bauteile aus Metall oder Kunststoff. Durch den Einsatz von Laser- oder Elektronenstrahlenergie zum schichtweisen Aufbau der Teile auf Basis von CAD-Daten bietet PBF außergewöhnliche Gestaltungsfreiheit, Präzision und Effizienz.
Die Technologie wird in Branchen wie Medizintechnik und Dentaltechnik, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie sowie Maschinenbau breit eingesetzt, wo komplexe Geometrien und leistungsstarke Bauteile gefragt sind.
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FAQ: Powder Bed Fusion
Was ist Powder Bed Fusion?
Pulverbettfusion (PBF) ist eine Kategorie von Verfahren der additiven Fertigung (3D-Druck) bei dem die Teile auf der Grundlage von CAD-Daten Schicht für Schicht aus einem Pulverbett aufgebaut werden.
Eine Energiequelle - in der Regel ein Laser- oder Elektronenstrahl - erhitzt selektiv bestimmte Bereiche des Pulverbetts, um die gewünschte Geometrie zu formen, während ungeschmolzenes Pulver an Ort und Stelle bleibt, um das Teil während des Drucks zu stützen.
Ist Powder Bed Fusion dasselbe wie SLS?
Nein. Pulverbettfusion (PBF) ist ein Oberbegriff die mehrere verschiedene 3D-Drucktechnologien umfasst.
Selektives Laser-Sintern (SLS) ist ein spezielles PBF-Verfahren. Es verwendet einen Laser, um Pulver auf Polymerbasis wie Nylon oder PEKK zu festen Komponenten zu verschmelzen. SLS ist auf Kunststoffe beschränkt und kann keine Metallpulver verarbeiten.
PBF-Technologien auf Metallbasis, wie Laser Powder Bed Fusion (LPBF) und Electron Beam Powder Bed Fusion (EBPBF), unterscheiden sich grundlegend von SLS. Diese Verfahren arbeiten mit Metallpulvern und schmelzen das Material vollständig auf, anstatt es zu sintern. LPBF arbeitet mit einem Laser in einer inerten Schutzatmosphäre, während EBPBF einen Elektronenstrahl in einer Vakuumumgebung verwendet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SLS eine Form der Powder Bed Fusion-Technologie ist, sich jedoch hinsichtlich Material, Energiequelle und Prozessumgebung deutlich von metallbasierten PBF-Verfahren unterscheidet.
Was ist Laser Powder Bed Fusion?
Laser-Pulver-Bett-Fusion (LPBF) ist ein Begriff für laserbasierte 3D-Drucktechnologien, die die Herstellung von hochfesten, dichten Metallteilen mit komplexen Geometrien ermöglichen. Beispiele für solche Technologien sind das Selektive Laserschmelzen (SLM) und das Direkte Metall-Laser-Sintern (DMLS).
Wie unterscheidet sich Laser Powder Bed Fusion von Electron Beam Powder Bed Fusion?
Der Hauptunterschied zwischen Laser-Pulver-Bett-Fusion (LPBF) und Elektronenstrahl-Pulverbettfusion (EBPBF) liegt in der verwendeten Energiequelle und der erforderlichen Druckumgebung.
LPBF verwendet einen Laser als Energiequelle, der eine inerte Schutzatmosphäre (z. B. Argon oder Stickstoff) benötigt, um das Metallmaterial vor Oxidation zu schützen.
EBPBF verwendet einen Elektronenstrahl anstelle eines Lasers und findet in einer Vakuumumgebung statt, um metallische Oxidation und Verunreinigungen zu vermeiden und gleichzeitig eine präzisere Steuerung des Elektronenstrahls zu ermöglichen.
Weitere Links:
Autor: Markus Wolf
Leidenschaft für den 3D Druck und zugleich CTO und Mitgründer von 2onelab.
