Bei diesem Projekt handelt es sich um ein privates DIY-Projekt.

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1 You-SLS Bei diesem Projekt handelt es sich um ein privates DIY-Projekt. Kurzbeschreibung You-SLS ist ein experimenteller open-source 3D Drucker welcher Objekte Schicht für Schicht aus feinem Pulver aufbaut. Er verwendet das aus industriellen Anwendungen bekannte verfahren Selektives Lasersintern welches den bisher für den heimgebrauch verfügbaren Prozessen der additiven Fertigung in vielerlei Hinsicht überlegen ist. Objekte entstehen hochauflösend, computergesteuert indem jeweils eine dünne Schicht Pulver aufgetragen wird, und diese anschließend mit einem leistungsstarken Laser gesintert/geschmolzen wird. Gedruckt werden können Nylon, Hdpe und andere polymere mit einem Schmelzpunkt unter 250C, sowie Wachs und Zucker. Das Projekt verfolgt das Ziel den kostengünstigsten Laser-sinter zu entwickeln und die die daraus gewinnen Erkenntnisse für den Nachbau zu dokumentieren. Darüber hinaus ist You-SLS so konstruiert das der Nachbau ohne weiteres möglich ist da Dienstleister für die Fertigung der metallteile problemlos weltweit zu finden sind, sowie keine Hersteller spezifischen Bauteile verwendet werden. Alle zum Nachbau benötigten Informationen finden sich auf der Projekt Website

2 Factsheet: Vorteile des Laser Sinterns im Vergleich zu anderen 3D druck Prozessen Was You-SLS von allen anderen 3D druckern seiner Preisklasse abhebt: (Kann gerne übersprungen werden, und dient nur einem groben unvollständigen überblick über die verschiedenen 3D druck Technologien) 3D Drucker werden immer verbreiteter und die Anzahl der sogenannten prosumer Geräte, also 3D Drucker für Heimanwender im Bereich von Euro steigt täglich. Warum sollte man sich also die Mühe machen noch einen weiteren zu entwickeln? Nun, während es in dieser Sparte über 100 verschiedene 3D Drucker gibt fällt auf, das sich alle ausnahmslos in zwei Lager einteilen lassen: Die einen verwenden das sogenannte FDM (Fused Deposition Modeling) verfahren, bei ihnen wird Plastik Filament geschmolzen und aus einer feinen düse extrudiert. Geräte mit diesem Funktionsprinzip sind mit Abstand am verbreitetsten. Aufgrund ihrer funktionsweise und der vergleichsweise geringen Materialkosten eigenen sie sich gut für größere und wenig komplexe formen, bei denen Präzision zweitrangig ist. Bild eines FDM drucks mit typischen stütz Strukturen (Quelle: Wikipedia)

3 Die anderen verwenden ein verfahren in welchem ein photosensitives Harz mit einem Laser oder Projektor gehärtet wird. Diese Drucker liegen eher am oberen Ende der Preis-Skala und eignen sich wunderbar für hochkomplexe kleine Modelle. Je größer der Querschnitt eines drucks, desto größer ist auch die Wahrscheinlichkeit das der komplette druck fehlschlägt, daher eignet sich dieser Prozess nicht für den Aufbau größerer teile. Druck aus photosensitivem Kunstharz, Quelle tested.com Darüber hinaus benötigen beide oben genannten Prozesse stütz Strukturen um Auskragungen in Bauteilen formgetreu nachbilden zu können. Diese müssen hinterher aufwändig mit einem Skalpell entfernt werden. Um eine glatte Oberfläche zu erzeugen ist es darüber hinaus auch oftmals nötig die ansatzstellen des Stütz-Materials von Hand abzuschleifen. Schaut man nun auf industrielle Anwendungen von 3D Druckern für funktionsprototypen lässt sich feststellen das keiner der beiden Prozesse gut geeignet ist größere, komplexe, maßhaltige Objekte kostengünstig herzustellen. Das erklärt auch warum sich ein anderer Prozess für den industriellen Einsatz durchgesetzt hat, nämlich das selektive lasersintern (SLS). Selektives Lasersintern ermöglicht den schnellen, kostengünstigen Aufbau, auch von großen, komplexen Komponenten, aus einer Bandbreite an Materialien (von wachs über Kunststoff zu Titan). Hierbei ist auch von Vorteil das die gedruckten Bauteile nicht an einer platte festgedruckt werden müssen, und man so den ganzen Bauraum des Druckers vollstapeln kann ohne das einzelne Teile durch Verbindungsstrukturen zusammenhängen. Bauteile können ohne Nachbehandlung direkt verwendet werden wenn sie abgekühlt sind.

4 Beispiel Objekte die mittels Lasersinterns Hergestellt wurden (Quelle: Wikipdia.com) Nun, wenn ich sage das Selektives Lasersintern kostengünstig ist, trifft die Aussage sicherlich für die industrielle Nutzung zu, bei der der anschaffungspreis nicht berücksichtigt werden muss. Selektive Lasersinter sind unfassbare teure Maschinen die mit Preisen zwischen bis 2,5 Millionen Euro nur den größten Unternehmen zur Verfügung stehen. Der hohe Preis leitet sich aus der Tatsache ab, dass das Verfahren hohe Ansprüche an die Maschine stellt. So ist es zum Beispiel nötig das innere des Druckers auf eine Temperatur die nur knapp unterhalb der des Schmelzpunktes des druck Materials liegt vorzuheizen. Mein Projekt versucht nun einen DIY SLS 3D Drucker für circa Euro zu bauen der trotzdem über alle Features eines industriellen Sinters verfügt. Obwohl das Projekt noch nicht abgeschlossen ist es mir gelungen den Prototypen von You-SLS fertig zu stellen und damit erfolgreich Objekte aus Nylon Pulver mit einem detailgrad der mit FDM Druckern nicht zu erreichen ist herzustellen.

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6 Gegenwärtig arbeite ich an der zweiten Iteration des Geräts, welches noch einmal deutlich kostengünstiger ist, während es die Funktionalität deutlich erhöht. Fokus lag bei der zweiten Version hauptsächlich darauf die Benutzer Interaktion und den Zusammenbau einfacher zu gestalten um letztendlich eine kompakte, sauberere Maschine zu erhalten und obendrein durch bessere Dämmung Energie zu sparen. Hier ein paar Bilder von You-sls mk.2 im Entstehen:

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8 Wie man sehen kann ist noch einiges zu tun, bis die zweite Iteration des Druckers fertig ist. Aber wenn alles glatt läuft, sollte es ein überaus funktionales gerät werden. Da dieser eintrag für den wettbewerb schon eine weile älter sein wird, bietet es sich an einmal bei vorbeizuschauen, und nach Updates zu suchen. Je nachdem wie ich Zeit habe sollte die zweite Version schon eine ganze ecke weiter sein wenn der Wettbewerb offen ist. Close up eines der ersten Druckergebnisse von You-sls. Die Löcher haben einen Durchmesser von lediglich 0,6 Millimeter

9 SLS Wie bereits grob angeschnitten wird beim lasersintern jeweils eine dünne Schicht Pulver aufgetragen und anschließend mittels Lasers gesintert. Dies geschieht im Fall von You-sls durch zwei Kolben und ein automatisches Rakel. Prozessgrafik Lasersintern, von Wikipedia. Der Bau-Kolben beginnt in der höchsten Position und wird schrittweise jeweils um eine schichtdicke abgesenkt. Am Ende des Druckvorgangs ist er mit Pulver gefüllt und enthält das Bauteil. Der Zuliefer-kolben ist am Anfang des Druckes komplett mit Pulver gefüllt. Beim Auftragen einer neuen Schicht fährt dieser ein Stück nach oben und der Rakel schiebt das Pulver in den benachbarten Bau-Kolben. Da die letzte Pulver - Schicht die darüberlegende stützt, können überhänge ohne stütz Strukturen erstellt werden. Dieser Prozess muss in einer beheizten Kammer stattfinden, da sich sonst die vom Laser erhitzten pulverschichten beim Abkühlen zusammenziehen und so den Auftrag einer neuen Schicht unmöglich machen.

10 Weitere Fakten zum Projekt: You-SLS verwendet eine Laserdiode mit 2 Watt Leistung. Das optische Heiz- System, welches die Pulver Oberfläche auf Temperatur bringt besteht aus 2 Halogenlampen mit jeweils 400watt. In der zweiten Iteration wird der Bauraum zusätzlich über ein umfunktioniertes Backofen Unterhitze Modul mit 1100 watt beheizt, was die Verwendung kleinerer Lampen möglich macht. Sie werden über solid-state Relais von einem Arduino gesteuert. Gemessen wird die Oberflächen Temperatur über ein IR Thermometer mit I2C Schnittstelle. Insgesamt finden sich im Prototypen 9 schritt Motoren (Nema17), 3 Arduinos und über 60 Meter Kabel. Wirklich neu ist You-sls weil es über einen beheizten Bauraum verfügt. Andere Ansätze für kostengünstige Lasersinter wie beispielsweise das Open-SLS Project von Andreas Bastian konnten aufgrund dieses fehlenden Features leider nicht die vollen positiven Auswirkungen des SLS Prozesses ausnutzen. (siehe Referenzen; unten). Bauanleitung Step by Step Aufgrund der großen Komplexität des Projektes, und der Tatsache, dass ich momentan an einer zweiten Version des Druckers arbeite steht zurzeit leider keine schritt für schritt bau Anleitung für den Laser-Sinter. Allerdings sind alle Dateien die für den Nachbau nötig sind auf der Projekt Webseite verfügbar. Für Fragen stehe ich ebenfalls selbstverständlich über das kontakt Formular auf der Website zur Verfügung. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt muss ich allerdings empfehlen sich mit dem Nachbau noch solange zu gedulden bis Version 2 des Druckers funktionstüchtig ist. Sobald das der Fall ist, werde ich selbstverständlich eine umfangreiche Bauanleitung erstellen und sie auf der Website zum Projekt veröffentlichen.

11 Hier noch ein Schaltplan der aufzeigt wie einzelne Komponenten zur Laser Steuerung zusammenhängen (es fehlt heizungssteuerung mit Sensoren). Momentan befindet sich ebenfalls eine eigene Platine in der Entwicklung die die Ansteuerung stark vereinfachen soll. Referenzen Andreas Bastians erster Versuch einen Lasersinter zu entwickeln der rohbauteile aus Wachs herstellt welche später in metall gegossen werden Das zweite open source SLS Projekt von Andreas Bastian auf basis eines Lasercutters. Die vorzüglich dokumentierten Ergebnisse waren eine große Inspiration und wissensquelle. Sehr Lesenswert! Ein leider gescheiteter experimenteller versuch einen sehr kostengünstigen Lasersinter aufzubauen. Da Lasergesinterte teile zu starkem Verzug neigten wurde der Drucker zum experimentellen binder-jetting verwendet und erfolgreich durch eine verbesserte Version abgesetzt