Grundlagen 3D-Druck: Hardware, Methoden, Filament und Visionen

Im Gespräch mit Kunden und Geschäftspartnern müssen wir immer wieder erläutern, welche Drucker und welches Filament für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke geeignet sind. Oftmals gibt es da viele Fragezeichen. Wir bringen ein wenig Licht ins Dunkel und beleuchten die Grundlagen des 3D-Drucks.

Es gibt verschiedene Methoden des 3D-Drucks, darunter Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithografie (SLA), selektives Lasersintern (SLS), Electron Beam Melting (EBM), Binder Jetting und Material Jetting.

• Das Fused Deposition Modeling (FDM) ist die gängigste und am weitesten verbreitete Methode des 3D-Drucks. Dabei wird thermoplastisches Filament erhitzt und durch eine beheizte Düse extrudiert, wobei das Modell Schicht für Schicht aufgebaut wird. Zu den Vorteilen von FDM gehören die niedrigen Kosten, die einfache Anwendung und die breite Verfügbarkeit von Materialien. Zu den Nachteilen gehören die geringere Auflösung und die im Vergleich zu anderen Verfahren weniger festen und haltbaren Teile.
• Bei der Stereolithografie (SLA) wird flüssiges Harz mit einem Laser gehärtet und es entstehen sehr detaillierte Modelle. Zu den Vorteilen von SLA gehören die hohe Auflösung, die glatte Oberfläche und die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erstellen. Zu den Nachteilen gehören die höheren Kosten und die begrenzten Materialoptionen.
• Selektives Lasersintern (SLS) verwendet einen Laser, um Pulver miteinander zu verschmelzen, und eignet sich für die Herstellung von Funktionsteilen. Zu den Vorteilen von SLS gehören hohe Festigkeit, Haltbarkeit und die Möglichkeit, eine breite Palette von Materialien zu verwenden. Zu den Nachteilen gehören die höheren Kosten und die geringere Auflösung im Vergleich zu anderen Verfahren.
• Beim Elektronenstrahlschmelzen (EBM) wird ein Elektronenstrahl als Energiequelle verwendet, um Pulver aus Metalllegierungen Schicht für Schicht zu schmelzen. Zu den Vorteilen des EBM gehören die hohe Auflösung, die hohe Festigkeit und Haltbarkeit sowie die Möglichkeit, Metallwerkstoffe zu verwenden. Zu den Nachteilen gehören hohe Kosten und die Notwendigkeit einer Vakuumumgebung.
• Beim Binder Jetting wird ein flüssiges Bindemittel verwendet, um selektiv Schichten von Pulvern zu einem festen Objekt zu verbinden. Zu den Vorteilen des Binder Jetting gehören niedrige Kosten, Schnelligkeit und die Möglichkeit, eine breite Palette von Materialien zu verwenden. Zu den Nachteilen gehören die geringere Auflösung und die geringere Festigkeit und Haltbarkeit der Teile im Vergleich zu anderen Verfahren.
• Beim Material Jetting wird eine Flüssigkeit oder eine Paste verwendet, die sich verfestigt, wenn sie UV-Licht oder Wärme ausgesetzt wird. Zu den Vorteilen des Materialstrahlverfahrens gehören die hohe Auflösung, die glatte Oberfläche und die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erzeugen. Zu den Nachteilen gehören die begrenzte Materialauswahl sowie die geringere Festigkeit und Haltbarkeit im Vergleich zu anderen Verfahren.

Mit dem 3D-Druck kann eine Vielzahl von Produkten hergestellt werden, darunter Konsumgüter (z. B. Handyhüllen, Schmuck und Wohnaccessoires), medizinische Geräte (z. B. Prothesen und Implantate), Komponenten für die Luft- und Raumfahrt (z. B. Triebwerksteile und Treibstoffdüsen), Automobilteile (z. B. Schaltknäufe und Türgriffe) und Architekturmodelle. Es wird erwartet, dass die Zukunft des 3D-Drucks in der Verwendung fortschrittlicherer Materialien wie Metalle und Keramiken und in der Integration des 3D-Drucks in herkömmliche Fertigungsverfahren wie Spritzgießen liegt, um eine hybride Fertigung zu ermöglichen.

Zu den führenden Anbietern von 3D-Druckern gehören Stratasys, Ultimaker, HP, Carbon, EOS, Arcam, Beijing Long Yuan Automated Fabrication System Co. Ltd, Beijing Tiertime Technology Co. Ltd, Beijing UnionTech 3D Technology Co. Ltd., Tumaker, Golia3D und viele andere. Die Preise für 3D-Drucker variieren je nach Größe, Fähigkeiten und Präzision des Druckers, wobei gute Einsteigermodelle im Customer-Segment bei etwa 1000 Dollar beginnen und High-End-Modelle Hunderttausende von Dollar kosten. Der Preis hängt sowohl vom geplanten EInsatz ab als auch von der Technologie, die der Drucker verwendet - wobei FDM im allgemeinen günstiger ist als SLA, SLS und EBM.