Arten des 3D-Drucks

Der 3D-Druck wird zur Zukunft des Fertigungszeitalters. Auch bekannt als additive Fertigung, ist es ein Überbegriff, der mehrere Fertigungstechnologien umfasst, die Teile Schicht für Schicht bauen. Insgesamt wurden bisher sieben Kategorien additiver Fertigungsverfahren identifiziert und etabliert.

Fused Deposition Modeling (FDM)

FDM, auch Fused Filament Fabrication (FFF) genannt, ist derzeit die beliebteste 3D-Drucktechnologie.

Die Art und Weise, wie FDM normalerweise funktioniert, besteht darin, dass eine Filamentspule in den 3D-Drucker geladen und einer Druckerdüse im Extrusionskopf zugeführt wird. Die Druckerdüse wird auf die gewünschte Temperatur erhitzt, woraufhin ein Motor das Filament durch die beheizte Düse drückt und es zum Schmelzen bringt. Der Drucker bewegt dann den Extrusionskopf zusammen mit den angegebenen Koordinaten und legt das geschmolzene Material auf die Bauplatte, wo es abkühlt und erstarrt. Sobald eine Schicht fertig ist, legt der Drucker eine weitere Schicht ab. Dieser Prozess des Druckens von Querschnitten wird wiederholt und Schicht für Schicht aufgebaut, bis das Objekt vollständig geformt ist.

FDM bietet eine Reihe von Vorteilen. Erstens ist FDM eine der schnellsten Optionen im 3D-Druck, denn mit FDM hergestellte Teile können in wenigen Minuten oder stunden fertig sein. Zweitens genießt FDM eine große Skalierbarkeit - es kann leicht auf jede Größe skaliert werden, was zu einem niedrigen Kosten-Zu-Größen-Verhältnis führt. FDM-Drucker werden aufgrund der niedrigen Teilekosten und der einfachen Designs ständig größer und kostengünstiger. Drittens ist FDM die einzige 3D-Drucktechnologie, die Thermoplaste in Produktionsqualität verwendet, so dass gedruckte Artikel hervorragende mechanische, thermische und chemische Eigenschaften aufweisen.

Die FDM-Technologie ist heute weit verbreitet und wird in Branchen wie Automobilherstellern, Lebensmittelherstellern und Spielzeugherstellern eingesetzt.

Stereolithographie (SLA)

SLA ist die weltweit erste 3D-Druckinnovation, die 1986 von Chuck Hull eingeführt wurde. Und auch heute noch ist SLA die kostengünstigste verfügbare 3D-Drucktechnologie, wenn Teile mit sehr hoher Genauigkeit oder glatter Oberflächenbeschaffenheit benötigt werden. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der Konstrukteur die Vorteile und Einschränkungen des Herstellungsprozesses nutzt.

SLA-Druckmaschinen funktionieren nicht wie normale Desktop-Drucker, die eine bestimmte Menge Tinte an die Oberfläche extrudieren. SLA-3D-Drucker arbeiten mit einem Überschuss an flüssigem Kunststoff, der nach einiger Zeit aushärtet und sich zu einem festen Objekt formt. Nachdem der Kunststoff ausgehärtet ist, fällt eine Stufe des Druckers einen Bruchteil eines Millimeters in den Tank und der Laser bildet eine weitere Schicht, bis der Druck abgeschlossen ist. Nachdem Schichten gedruckt wurden, muss der Artikel mit einem Lösungsmittel gespült und dann in einen UV-Ofen gegeben werden, um die Verarbeitung abzuschließen.

Im Allgemeinen kann SLA Teile mit sehr hoher Maßgenauigkeit und mit komplizierten Details herstellen. Und Teile aus SLA haben eine sehr glatte Oberfläche, was sie ideal für visuelle Prototypen macht. SLA-Teile sind jedoch in der Regel spröde und nicht für funktionale Prototypen geeignet. Die mechanischen Eigenschaften und das visuelle Erscheinungsbild von SLA-Teilen verschlechtern sich im Laufe der Zeit, wenn die Teile Sonnenlicht ausgesetzt werden.

Harz, eine Art lichtreaktives duroplastisches Polymer, ist das am häufigsten verwendete Material für den SLA-3D-Druck. Eine Vielzahl von Harzen ist im Handel erhältlich, darunter Standardharze, technische Harze, Dental- und Medizinharze sowie gießbare Harze.

Selektives Lasersintern (SLS)

Die Herstellung eines Objekts mit Pulverbett-Fusionstechnologie und Polymerpulver wird allgemein als selektives Lasersintern (SLS) bezeichnet. Das Verfahren wurde in den 1980er Jahren von Carl Deckard - damals Student an der University of Texas - und seinem Maschinenbauprofessor Joe Beaman entwickelt und patentiert.

Mit SLS gedruckte Objekte werden aus Pulvermaterialien hergestellt, am häufigsten aus Kunststoffen wie Nylon, die in einer dünnen Schicht auf der Bauplattform in einer SLS-Maschine dispergiert werden. Ein Laser, der von einem Computer gesteuert wird, der ihm sagt, welches Objekt er "drucken" soll, pulsiert auf der Plattform nach unten und zeichnet einen Querschnitt des Objekts auf das Pulver. Der Laser erwärmt das Pulver entweder bis knapp unter seinen Siedepunkt (Sintern) oder über seinen Siedepunkt (Schmelzen), wodurch die Partikel im Pulver zu einer festen Form verschmolzen werden. Sobald die anfängliche Schicht gebildet ist, fällt die Plattform der SLS-Maschine - normalerweise um weniger als 0,1 mm - ab und legt eine neue Pulverschicht frei, die der Laser verfolgen und miteinander verschmelzen kann. Dieser Vorgang setzt sich immer wieder fort, bis das gesamte Objekt gedruckt ist. Wenn das Objekt vollständig geformt ist, wird es in der Maschine abkühlen gelassen, bevor es entfernt wird.

Der bemerkenswerteste Unterschied zwischen SLS und SLA besteht darin, dass pulverförmiges Material im Bottich anstelle von flüssigem Harz in einem Würfel verwendet wird, wie es SLS tut. Außerdem muss SLS keine anderen Stützstrukturen verwenden, da das zu druckende Objekt von nicht gesintertem Pulver umgeben ist.