3D Druckverfahren

Es gibt viele Arten von 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren, die in verschie­dens­ten Berei­chen einge­setzt werden.

3D-Druck gehört zu den additi­ven Ferti­gungs­ver­fah­ren, bei denen die Herstel­lung direkt-genera­­tiv abläuft.

Das Objekt wird in einem Produk­ti­ons­schritt aus dem digita­len Design heraus erzeugt und Schicht für Schicht aufgebaut.

Die Anwen­dungs­ge­bie­te der additi­ven Ferti­gung wachsen und entwi­ckeln sich stetig weiter.

Zu den Indus­trien, in denen 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren bereits fest integriert sind, gehören:

  • Automo­ti­ve

  • Medizin

  • Luft- und Raumfahrt

  • Nahrungs­mit­tel

Beson­ders bei der Herstel­lung von Proto­ty­pen ermög­li­chen 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren eine deutli­che Verkür­zung der Entwicklungszeit. 

Wie Unter­neh­men Markt­an­for­de­run­gen dank 3D-Druck schnel­ler und kosten­ef­fi­zi­en­ter erfül­len können, erfah­ren Sie in unserem Beitrag zum Thema „Rapid Proto­ty­p­ing: Innova­ti­on, Effizi­enz und Kosten­ein­spa­run­gen in der Produkt­ent­wick­lung”.

3D-Druck­­tech­­no­­lo­­gien — Grund­la­gen der additi­ven Fertigung

Die Basis von 3D-Druck­­tech­­no­­lo­­gien ist der schicht­wei­se Aufbau von Materia­li­en, die anschlie­ßend verfes­tigt oder gehär­tet werden.

Konven­tio­nel­le Fertigung

Im Gegen­satz dazu stehen konven­tio­nel­le subtrak­ti­ve Ferti­gungs­ver­fah­ren, bei denen überschüs­si­ges Materi­al abgetra­gen wird. 

Dazu gehören u.a. Fräsen, Drehen und Schleifen. 

Zunächst wird ein digita­les 3D-Modell des gewünsch­ten Gegen­stan­des mit spezi­el­ler Software oder CAD-Tools erstellt.

Im nächs­ten Schritt folgt die Zerle­gung des Entwurfs in schicht­spe­zi­fi­sche Daten, die von der AM-Anlage verwen­det werden können. 

Engli­sche Bezeichnung

„AM” ist die Kurzbe­zeich­nung für den engli­schen Begriff „Additi­ve Manufac­tu­ring”, der übersetzt Additi­ve Ferti­gung bedeutet.

Es gibt verschie­de­ne Arten von 3D-Druckern und Anlagen, die unter­schied­li­che Verfah­ren umset­zen können.

Welches Verfah­ren und Materi­al zum Einsatz kommt, hängt im Wesent­li­chen von den spezi­fi­schen Anfor­de­run­gen des jewei­li­gen Projek­tes ab.

Der eigent­li­che Druck­pro­zess wird durch die in der Software hinter­leg­ten Daten gesteuert.

Alle wichti­gen Parame­ter, wie die Bewegun­gen des Druck­knop­fes und die Materi­al­zu­fuhr, sind dadurch vorgegeben. 

Durch den schicht­wei­sen Auftrag können komple­xe Struk­tu­ren und Formen mit großer Präzi­si­on und Flexi­bi­li­tät herge­stellt werden.

Tim FunkTim Micha­el Funk, Geschäfts­füh­ren­der Gesell­schaf­ter FUNK MASCHINENBAU GmbH & Co. KG

Welche 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren gibt es?

Jedes 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren hat seine eigenen spezi­fi­schen Merkma­le, Materi­al­an­for­de­run­gen und Anwendungsbereiche.

Während sich einige Verfah­ren für Kunst­stof­fe eignen, ermög­li­chen andere die Verar­bei­tung von Metall­le­gie­run­gen oder Verbund­ma­te­ria­li­en, wie z.B. Kohlefaser.

Weite­re Fakto­ren, die eine große Rolle bei der Auswahl der passen­den 3D-Druck­­tech­­no­­lo­­gie spielen, sind die erfor­der­li­che Auflö­sung, Detail­treue und das Oberflächenfinish.

In der folgen­den Tabel­le sind einige 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren erläu­tert, die in der Indus­trie zum Einsatz kommen: 

Verfah­renErklä­rungMateria­li­enEignung
MJF – HP Multi Jet FusionEine thermo­plas­ti­sche Pulver­schicht wird gezielt mit Tinte bedruckt und durch Energie­zu­fuhr fusioniertThermo­plas­ti­sche KunststoffeProto­ty­pen, funktio­na­le Teile
SLS – Selek­ti­ves LasersinternKunst­stoff­pul­ver wird durch einen Laser verschmolzenThermo­plas­ti­sche KunststoffeFunktio­na­le Proto­ty­pen, Endprodukte
SLA – StereolithographieAushär­tung von flüssi­gen Photo­po­ly­me­ren durch UV-LaserPhoto­po­ly­me­reProto­ty­pen und hochauf­lö­sen­de Modelle
CARBON DLS — Carbon Digital Light Synthesis™Kombi­na­ti­on von digita­ler Licht­pro­jek­ti­on und FlüssigharzenFlüssi­ge HarzeFunktio­na­le Proto­ty­pen, Endprodukte
FDM – Fused Deposi­ti­on ModelingExtru­si­on von thermo­plas­ti­schem DrahtThermo­plas­ti­sche FilamenteKonzept­mo­del­le, Proto­ty­pen und Werkzeuge
MJP – Multi Jet PrintingTinte wird mit UV-Licht gehärtetThermo­plas­ti­sche MaterialienKlein­tei­le, Proto­ty­pen, detail­rei­che Modelle
3D-Druck mit EndlosfasernErhöh­te Festig­keit dank Verwen­dung von EndlosfasernKohle­fa­ser, Kevlar, GlasfaserStruk­tu­rel­le Kompo­nen­ten, funktio­na­le Teile
SLM – Selek­ti­ves LaserschmelzenMetall­pul­ver wird durch Laser verschmolzenMetall­pul­ver, wie z.B. Edelstahl und TitanLuft- und Raumfahrt­tech­nik, Medizin
DMP – Direct Metal PrintingSchicht­wei­ser Aufbau durch Metall­pul­ver und LaserMetall­pul­ver, wie z.B. Alumi­ni­um und NickellegierungenAutomo­bil­in­dus­trie, Werkzeugbau

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3D-Druck­­ver­­­fah­­ren im Vergleich

Es gibt verschie­de­ne Schlüs­sel­kri­te­ri­en, anhand derer man 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren verglei­chen kann. 

Ein guter Ausgangs­punkt für eine fundier­te Entschei­dung ist die Festle­gung der spezi­fi­schen Anfor­de­run­gen des Projek­tes oder der Anwendung. 

Dazu zählen:

  1. Materia­li­en und Kompa­ti­bi­li­tät: Jedes Verfah­ren hat bestimm­te Materi­al­an­for­de­run­gen, aber auch ‑beschrän­kun­gen.
  2. Genau­ig­keit und Auflö­sung: Die Fähig­keit, Details und komple­xe Geome­trien mit hoher Präzi­si­on zu erzeu­gen, variiert je nach Verfahren. 
  3. Geschwin­dig­keit: Sowohl Schicht­di­cke, als auch Vor- und Nachbe­ar­bei­tungs­zei­ten bestim­men die Produktionsgeschwindigkeit. 
  4. Kosten: Die Gesamt­wirt­schaft­lich­keit der Produk­ti­on variiert abhän­gig von den Materi­al­kos­ten, der Produk­ti­ons­zahl und weite­ren Faktoren. 
  5. Post-Proces­­sing: Der Bedarf an Nachbe­ar­bei­tung und der damit verbun­de­ne Aufwand unter­schei­den sich bei jedem Verfahren. 
  6. Skalier­bar­keit: Einige 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren sind besser für die Massen­pro­duk­ti­on geeig­net, während andere effizi­en­ter für die Herstel­lung kleine­rer Mengen sind. 

Weiter­hin sind es häufig auch branchen­spe­zi­fi­sche Anfor­de­run­gen, welche die Eignung eines bestimm­ten Verfah­rens bestimmen. 

So steht in der Automo­bil­in­dus­trie die Materi­al­fes­tig­keit und ‑haltbar­keit im Vorder­grund, da Fahrzeug­kom­po­nen­ten hohen mecha­ni­schen Belas­tun­gen stand­hal­ten müssen. 

In der Luft- und Raumfahrt müssen im 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren herge­stell­te Teile vorran­gig den stren­gen Sicher­heits­stan­dards entsprechen.

Optima­le Lösung

Es ist wichtig zu betonen, dass kein Verfah­ren univer­sell „das Beste” ist — vielmehr hängt die Wahl vom jewei­li­gen Projekt ab. 

Nicht selten entsteht die optima­le Lösung durch die Kombi­na­ti­on verschie­de­ner Verfah­ren.

3D Druckverfahren

Das passen­de 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren wählen — Fazit

Dank moder­nen 3D-Druck­­ver­­­fah­­ren können komple­xe geome­tri­sche Formen und Struk­tu­ren reali­siert werden, die mit tradi­tio­nel­len Ferti­gungs­me­tho­den schwer oder unmög­lich herzu­stel­len wären. 

Die Vielfalt der verfüg­ba­ren Techno­lo­gien und Materia­li­en eröff­net ein breites Spektrum an Möglichkeiten.

Es umfasst nicht nur die Proto­ty­pen­ent­wick­lung, sondern auch die Ferti­gung von Endpro­duk­ten, sowie die Herstel­lung von hochspe­zia­li­sier­ten Komponenten. 

Auswahl des geeig­ne­ten 3D-Druckverfahrens

Die Auswahl des geeig­ne­ten 3D-Druck­­ver­­­fah­­rens basiert auf einer umfas­sen­den Analy­se der Materi­al­kom­pa­ti­bi­li­tät und der gewünsch­ten Merkma­le des Produktes. 

Während jedes Verfah­ren seine eigenen Stärken und Heraus­for­de­run­gen hat, ist es entschei­dend, die spezi­fi­schen Anfor­de­run­gen des benötig­ten Modells zu berücksichtigen.

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Autor: Tim Funk

Tim Funk
Autor: Tim Funk
Tim Funk ist der geschäfts­füh­ren­de Gesell­schaf­ter von FUNK MASCHINENBAU — einem mittel­stän­di­schen Famili­en­un­ter­neh­men aus Sonnen­bühl im Herzen der Schwä­bi­schen Alb ca. 15 km südlich von Reutlin­gen. Mehr über den Autor