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:
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 Michael Funk, Geschäftsführender Gesellschafter FUNK MASCHINENBAU GmbH & Co. KGWelche 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:
| Verfahren | Erklärung | Materialien | Eignung |
|---|---|---|---|
| MJF – HP Multi Jet Fusion | Eine thermoplastische Pulverschicht wird gezielt mit Tinte bedruckt und durch Energiezufuhr fusioniert | Thermoplastische Kunststoffe | Prototypen, funktionale Teile |
| SLS – Selektives Lasersintern | Kunststoffpulver wird durch einen Laser verschmolzen | Thermoplastische Kunststoffe | Funktionale Prototypen, Endprodukte |
| SLA – Stereolithographie | Aushärtung von flüssigen Photopolymeren durch UV-Laser | Photopolymere | Prototypen und hochauflösende Modelle |
| CARBON DLS — Carbon Digital Light Synthesis™ | Kombination von digitaler Lichtprojektion und Flüssigharzen | Flüssige Harze | Funktionale Prototypen, Endprodukte |
| FDM – Fused Deposition Modeling | Extrusion von thermoplastischem Draht | Thermoplastische Filamente | Konzeptmodelle, Prototypen und Werkzeuge |
| MJP – Multi Jet Printing | Tinte wird mit UV-Licht gehärtet | Thermoplastische Materialien | Kleinteile, Prototypen, detailreiche Modelle |
| 3D-Druck mit Endlosfasern | Erhöhte Festigkeit dank Verwendung von Endlosfasern | Kohlefaser, Kevlar, Glasfaser | Strukturelle Komponenten, funktionale Teile |
| SLM – Selektives Laserschmelzen | Metallpulver wird durch Laser verschmolzen | Metallpulver, wie z.B. Edelstahl und Titan | Luft- und Raumfahrttechnik, Medizin |
| DMP – Direct Metal Printing | Schichtweiser Aufbau durch Metallpulver und Laser | Metallpulver, wie z.B. Aluminium und Nickellegierungen | Automobilindustrie, 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:
- Materialien und Kompatibilität: Jedes Verfahren hat bestimmte Materialanforderungen, aber auch ‑beschränkungen.
- Genauigkeit und Auflösung: Die Fähigkeit, Details und komplexe Geometrien mit hoher Präzision zu erzeugen, variiert je nach Verfahren.
- Geschwindigkeit: Sowohl Schichtdicke, als auch Vor- und Nachbearbeitungszeiten bestimmen die Produktionsgeschwindigkeit.
- Kosten: Die Gesamtwirtschaftlichkeit der Produktion variiert abhängig von den Materialkosten, der Produktionszahl und weiteren Faktoren.
- Post-Processing: Der Bedarf an Nachbearbeitung und der damit verbundene Aufwand unterscheiden sich bei jedem Verfahren.
- 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.
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