Processes & Technologies W3D-TECH-09 ISO/ASTM 52900 Validiert

LPBF / SLM Working Principle: Laser Powder Bed Fusion in Detail

Comprehensive engineering guide to LPBF/SLM: laser melt pool dynamics, recoating, volumetric energy density windows, and part densities exceeding 99.8%.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 10 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Key Engineering Takeaways Normative Status: Validated

Laser Powder Bed Fusion (LPBF / PBF-LB/M according to ISO/ASTM 52900) is the benchmark additive process for complex metallic parts. A precision fiber laser melts fine metal powder layer by layer, achieving relative densities > 99.8% and tensile properties exceeding cast metals.

  • Volumenenergiedichte (VED = P / (v * h * t)) bestimmt das Prozessfenster zwischen Bindefehlern und Keyholing.
  • Laminare Argon- oder Stickstoffschutzgasströmung verhindert Schmauchanlagerungen und absorbiert Prozessspritzer.
  • Erreicht Maßtoleranzen nach DIN EN ISO 2768-mK sowie Schichtstärken zwischen 20 und 60 µm.
Relative Dichte
> 99.85 %
Schichtstärken
20 - 60 µm
Fokusdurchmesser
60 - 100 µm
Normierung
ISO/ASTM 52900

Technical Specifications & Comparison Matrix

ISO/ASTM 52900
Parameter Standard LPBF (1 Laser) Multi-Laser LPBF (4-8 Laser) Laser-DED (Pulver)
Laserleistung 200 - 500 W Faserlaser 4x - 8x 500 - 1000 W 1.000 - 4.000 W Diode/Faser
Scangeschwindigkeit 800 - 1.800 mm/s 1.000 - 2.500 mm/s 10 - 40 mm/s
Schichtdicke 30 - 50 µm 40 - 80 µm 0.4 - 2.0 mm
Oberflächenrauheit (Ra) 6 - 12 µm 8 - 15 µm 25 - 60 µm
Bauraumgröße Bis 250 x 250 x 300 mm Bis 600 x 600 x 1000 mm Bis 3.000 x 2.000 mm
01

Thermodynamics and Melt Pool Dynamics

Das physikalische Herzstück des LPBF-Prozesses ist die Wechselwirkung zwischen dem fokussierten Laserstrahl und der Pulverschüttung. Innerhalb von Mikrosekunden entstehen Temperaturgradienten von bis zu 10^6 K/s. Dieses extrem schnelle Aufheizen und Erstarren führt zu einem feinkörnigen, metastabilen Gefüge mit hervorragenden Festigkeitswerten. Überschreitet die Energiedichte einen kritischen Schwellenwert, verdampft Metallpulver lokal und reißt ein Dampfkapillar (Keyhole) auf, was kugelförmige Gasporen hinterlassen kann.

02

Powder Recoating Dynamics

Die Qualität jeder Schicht hängt von der gleichmäßigen Pulververteilung ab. Rakelsysteme mit Keramik-, HSS- oder Silikonlippen sowie Gegenlaufwalzen tragen Schichten von 20 bis 60 µm auf. Ungleichmäßige Partikelgrößenverteilungen (PSD) oder Agglomerate führen zu Riefen und Schichtdickenfluktuationen, die direkte Gefügedefekte nach sich ziehen.

03

Process Limitations and Residual Stress

Aufgrund der hohen lokalen Temperaturgradienten bauen sich im Bauteil erhebliche makroskopische Zugeigenspannungen auf. Ohne adäquate Stützstrukturen (Supports) oder beheizte Bauplatten (Vorheizung bis 200 °C oder 500 °C) kann es zu Bauteilverzug, Delamination von der Grundplatte oder sogar zum Crash mit der Beschichterklinge kommen.

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Frequently Asked Questions (FAQ)

Worin liegt der Unterschied zwischen LPBF, SLM und DMLS?
Es handelt sich um dasselbe physikalische Verfahren: Selektives Laserschmelzen im Pulverbett. LPBF (Laser Powder Bed Fusion) ist die genormte ISO/ASTM-Bezeichnung. SLM (Selective Laser Melting) und DMLS (Direct Metal Laser Sintering) sind geschützte Markennamen einzelner Anlagenhersteller.
Welche Festigkeiten erreichen Bauteile aus dem LPBF-Verfahren?
Durch die extrem hohe Abkühlrate liegt die Zugfestigkeit im as-built Zustand meist 10 bis 25 % über der von Gussteilen desselben Werkstoffs. Nach einer gezielten Wärmebehandlung (Spannungsarmglühen oder HIP) entsprechen die Werte vollumfänglich Schmiedequalität.
Warum benötigt man Stützstrukturen beim LPBF?
Stützstrukturen erfüllen zwei kritische Aufgaben: Sie verankern überhängende Geometrien mechanisch gegen Verzug und leiten die enorme Prozesswärme des Lasers in die massive Bauplatte ab.

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