Micro-LPBF: Präzisions-Metall-3D-Druck im Mikrometerbereich
Micro-LPBF für Mikrosystemtechnik und Stents: Laserfokus < 25 µm, Pulverfraktionen 1-15 µm, Wandstärken ab 30 µm und Schichtdicken von 5 bis 15 µm.
Das Micro-LPBF-Verfahren überträgt das selektive Laserschmelzen in den Mikrobereich. Während konventionelle Industrie-LPBF-Anlagen mit Laserfokussen von 70 - 100 µm und Pulvern von 15 - 53 µm arbeiten, setzt Micro-LPBF auf ultrafeine Faserlaser mit Spotgrößen von 15 bis 25 µm und eigens klassifizierte Mikro-Pulver (1 bis 15 µm). Damit lassen sich filigranste Wandstärken ab 30 µm, Bohrungen unter 80 µm und Rauheiten von Ra 1.5 - 3.5 µm realisieren – ideal für kardiovaskuläre Stents, Sensorik und Uhrenkomponenten.
- Fokusdurchmesser von 15 bis 25 µm für feinste Gitterstrukturen und Mikro-Kanäle.
- Verarbeitung mikrofeiner Pulver (1 - 15 µm) erfordert spezielle Klingenbeschichter und Schutzgasführung.
- Erreicht Oberflächenrauheiten ohne Nachbearbeitung auf Feinguss-Niveau (Ra 1.5 - 3.5 µm).
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Merkmal | Micro-LPBF | Standard LPBF | Lithografie LMM |
|---|---|---|---|
| Fokusdurchmesser | 15 - 25 µm | 60 - 100 µm | 35 µm Pixelgröße |
| Schichtdicke | 5 - 15 µm | 30 - 60 µm | 10 - 25 µm |
| Pulverpartikelgröße | 1 - 15 µm | 15 - 53 µm | Schlicker (< 10 µm) |
| Oberflächengüte (Ra) | 1.5 - 3.5 µm | 6 - 14 µm | 1.5 - 2.5 µm |
| Bauraumgröße | Bis 100 x 100 x 100 mm | Bis 400 x 400 x 400 mm | Bis 70 x 70 x 100 mm |
Herausforderung Pulverrheologie und Agglomeration
Pulver mit Partikelgrößen unter 15 µm neigen aufgrund dominierender Van-der-Waals-Kräfte zu massiver Agglomeration und schlechter Rieselfähigkeit. Micro-LPBF-Maschinen nutzen spezielle vibrierende Rakelsysteme, Ultraschall-Dosierer oder Vorheizvorrichtungen, um das Mikro-Pulver trotz hoher Kohäsionskräfte absolut fehlerfrei und planar aufzutragen.
Optische Strahlformung und Single-Mode-Laser
Um Fokusdurchmesser von 20 µm stabil über das gesamte Baufeld abzubilden, kommen Single-Mode-Faserlaser mit M2-Werten < 1.1 und telezentrische F-Theta-Linsen zum Einsatz. Der Einfallswinkel des Laserstrahls bleibt stets senkrecht zur Bauplatte, was Abschattungseffekte an steilen Mikrokanten eliminiert.
Medizintechnische Zulassungen für Mikro-Implantate
Micro-LPBF wird intensiv für bioresorbierbare Magnesium-Stents, Titangitter zur Schädelrekonstruktion und Dentalimplantate mit porösen Mikrostrukturen eingesetzt. Die präzise Einstellbarkeit der Porosität im Bereich von 50 bis 200 µm fördert die Osseointegration im Knochengewebe.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Welche Metalle lassen sich im Micro-LPBF verarbeiten?
Wie lange dauert ein Baujob im Micro-LPBF?
Können feine Stützstrukturen manuell entfernt werden?
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