Sintern im 3D-Druck: Der Unterschied zum Laserschmelzen
Sintern ist ein thermisches Verfahren, bei dem sich Pulverteilchen unterhalb der Schmelztemperatur ihres Hauptbestandteils miteinander verbinden. Atome wandern an den Kontaktstellen, es bilden sich Sinterhälse, das Pulver verdichtet sich und schrumpft. Im 3D-Druck wird der Begriff oft unscharf benutzt: Das selektive Laserschmelzen (SLM) etwa schmilzt das Metallpulver vollständig auf.
Was ist Sintern?
Beim Sintern wird ein Körper aus Pulver so weit erhitzt, dass sich die Teilchen an ihren Berührungspunkten verbinden – ohne dass der Hauptbestandteil schmilzt. Treibende Kraft ist die große Oberfläche des Pulvers: Atome wandern durch Diffusion zu den Kontaktstellen, dort wachsen sogenannte Sinterhälse. Mit der Zeit schließen sich die Zwischenräume, das Bauteil wird dichter und schrumpft.
Sintern ist ein klassisches Verfahren der Pulvermetallurgie und der Keramikherstellung. Dort wird das Pulver zuerst in Form gepresst oder mit einem Binder geformt; der Rohling wird anschließend im Ofen unter Schutzgas oder im Vakuum gesintert. Ein Sonderfall ist das Flüssigphasensintern: Ein kleiner Bestandteil schmilzt und benetzt die festen Körner. So entstehen etwa Hartmetalle mit Kobaltbinder.
Im Metall-3D-Druck taucht das Wort in Verfahrensnamen auf, zum Beispiel beim Lasermikrosintern. Was jeweils dahintersteckt, lohnt einen genauen Blick.
Sintern oder Schmelzen: Wo liegt der Unterschied?
| Merkmal | Sintern | Schmelzen (z. B. SLM) |
|---|---|---|
| Temperatur | unterhalb der Schmelztemperatur des Hauptbestandteils | darüber, das Pulver wird flüssig |
| Verbindung | Diffusion, Sinterhälse zwischen den Körnern | Schmelzbad, das beim Erstarren mit der Schicht darunter verschmilzt |
| Dauer | meist Minuten bis Stunden im Ofen | Sekundenbruchteile je Laserspur |
| Maßänderung | deutliche Schwindung beim Verdichten | örtliche Schrumpfung, dafür Eigenspannungen |
| Typisch für | Pulvermetallurgie, Keramik, Hartmetall | SLM, Mikro-SLM, Makro-SLM |
SLM steht für selektives Laserschmelzen. Das Metallpulver wird vollständig aufgeschmolzen, deshalb entstehen nahezu dichte Bauteile – ohne die Schwindung eines Ofenprozesses, aber mit Eigenspannungen, die häufig eine Wärmebehandlung nach sich ziehen. Wenn im Alltag von „Metall-Lasersintern“ die Rede ist, meint man fachlich meist dieses Laserschmelzen – der Name stammt aus der Anfangszeit der Technik.
Lasermikrosintern: Was der Name bedeutet
Lasermikrosintern ist eine von unserem Forschungs- und Fertigungspartner, einem Laserinstitut in Sachsen, entwickelte Variante des Mikro-SLM. Der entscheidende Unterschied: Der Laser arbeitet mit kurzgepulster statt kontinuierlicher Strahlung (gepulster Laser). Die Energie wird in sehr kurzen Pulsen eingebracht und bleibt vereinfacht gesagt auf einen kleineren Bereich begrenzt.
Trotz des Namens ist das Verfahren kein Ofenprozess: Der Laser verbindet das Pulver Schicht für Schicht im Pulverbett. Das Ergebnis sind die feinsten Strukturen unserer Metallverfahren. Zusätzlich lassen sich Keramiken wie Tantal- und Wolframcarbid, Siliziumdioxid sowie Cermets verarbeiten.
Was diese Werte bedeuten, erklärt der Artikel Auflösung. Beispiele und alle Werkstoffe finden Sie auf der Seite Lasermikrosintern.
Weitere Verfahren mit „Sintern“ im Namen
Kunststoff-Lasersintern (SLS)
Ein Laser verbindet Kunststoffpulver, meist Polyamid, Schicht für Schicht im Pulverbett (SLS). Dieses Verfahren bieten wir nicht an. Kunststoffteile fertigen wir selbst im FDM-Verfahren.
Drucken, entbindern, sintern
Beim Binder Jetting oder beim Metall-FDM entsteht zuerst ein Grünling aus Pulver und Binder. Nach dem Entbindern wird er im Ofen gesintert und schrumpft dabei deutlich. Auch diese Verfahren gehören nicht zu unserem Angebot.
Häufige Fragen zum Sintern
Ist SLM ein Sinterverfahren?
Nein. Beim selektiven Laserschmelzen wird das Metallpulver vollständig aufgeschmolzen und erstarrt zu einem nahezu dichten Werkstoff. Beim Sintern verbinden sich Pulverteilchen dagegen unterhalb ihrer Schmelztemperatur.
Warum heißt Lasermikrosintern dann „Sintern“?
Der Name bezeichnet eine eigene Verfahrensvariante unseres Partners, die mit kurzgepulster Laserstrahlung arbeitet. Für Sie zählt vor allem das Ergebnis: sehr feine Strukturen aus Metall, Keramik oder Cermet. Ein Ofenprozess oder Kunststoff-SLS ist Lasermikrosintern nicht.
Sind gesinterte Teile weniger fest als geschmolzene?
Pauschal nicht. Ofengesinterte Teile können eine Restporosität behalten, die die Festigkeit mindert; mit passenden Prozessen lassen sich aber auch hohe Dichten erreichen. Entscheidend sind Werkstoff, Verfahren und Nachbehandlung – mehr dazu unter Porosität.
Welche Werkstoffe werden gesintert?
Gesintert werden Metalle, Keramiken und Verbundwerkstoffe wie Hartmetall oder Cermets. Besonders wichtig ist Sintern bei Werkstoffen mit sehr hohem Schmelzpunkt, etwa Wolfram oder technischer Keramik, weil sich diese kaum wirtschaftlich schmelzen und gießen lassen.
Was ist Sinterschwindung?
Beim Ofensintern verdichtet sich das Pulver, die Poren schließen sich, und das Bauteil wird kleiner. Diese Sinterschwindung muss bei Verfahren wie Binder Jetting vorab in die Konstruktion eingerechnet werden. Beim Laserschmelzen im Pulverbett entsteht das Teil dagegen nahezu in seiner Endkontur.
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Zur LeistungsseiteSintern
Sintern ist ein thermisches Verfahren, bei dem sich Pulverteilchen unterhalb der Schmelztemperatur ihres Hauptbestandteils miteinander verbinden.
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Auflösung bezeichnet im 3D-Druck die kleinste Strukturgröße, die ein Verfahren abbilden kann.
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