Disruptive Technologien wie der 3D-Druck nehmen in der technischen Welt von heute immer mehr an Bedeutung zu. Die sogenannte additive Fertigung ist mittlerweile ein zentraler Bestandteil in der Industrie und wird vor allem im Bereich der Automobilherstellung, zum Herstellen von Ersatzteilen für Maschinen oder in der Medizin angewendet.
Was sind die Vorteile des 3D-Drucks?
Um die Kosten für die Lagerung von speziellen Bauteilen gering zu halten und um Bauteile herzustellen, die ursprünglich nur unter großem Aufwand passgenau angefertigt werden konnte, können industrielle Unternehmer spezielle 3D-Druck-Dienstleister in Anspruch nehmen. Die Vorteile einer additiven Fertigung sind die schnelle Herstellungszeit sowie die präzise Ausarbeitung geometrischer Formen. Dabei können verschiedene Druckverfahren angewendet werden, diese lassen sich grob in drei Prozesse aufteilen.
3D-Druck mit Pulver
Beim diesem additiven Verfahren, auch 3DP genannt, werden von einem Druckkopf mit Hilfe von Kleber und pulverisiertem Material mehrere Lagen übereinandergelegt, sodass das Produkt langsam aufgebaut wird. Der Drucker nutzt dafür 2D-Lagen, die nach Fertigstellung ein dreidimensionales Objekt ergeben. Ähnlich funktioniert das Selektive Laserschmelzen, auch SLS oder SLM genannt. Statt des Klebers wird allerdings ein Laserstrahl verwendet, um die Pulverlagen miteinander zu verschmelzen. Der Vorteil dieses Verfahrens ist die große Auswahlmöglichkeit an Materialien: Außer Kunststoffen kann auch Metall, Keramik oder Sand zum Druck verwendet werden. Beim ähnlich funktionierenden Elektronenstrahlschmelzen (EBM/EBAM) werden Metalle in Pulverform unter Vakuum mit Hilfe eines Elektronenstrahls verschmolzen. Dieses Vorgehen ist zwar ungenauer als SLS, jedoch lassen sich hiermit Objekte deutlicher schneller produzieren.
3D-Druck mit geschmolzenen Materialien
Unter das Arbeiten mit geschmolzenen Materialen fallen die Fused Filament Fabrication (FFF) sowie die Schmelzschichtung. Dabei funktioniert das Modellieren von Objekten sozusagen wie eine Heißklebepistole. Dabei wird entweder mit einem beweglichen Druckkopf modelliert oder die darunter liegende Plattform wird bewegt. Um Hohlräume oder Stützstrukturen zu kreieren, kann zusätzlich mit anderen Materialien gedruckt werden, die wasserlöslich oder hitzeunbeständig sind und somit nach der Fertigstellung entfernt werden.
3D-Druck mit flüssigen Materialien
Bei der Stereolithografie (STL, SLA) wird ein flüssiger Photopolymer in ein Becken gefüllt. Ein Laser bestrahlt daraufhin den UV-empfindlichen Kunststoff solange mit einem 2D-Bild, bis dieses erstarrt ist. Dann wird mit Hilfe einer beweglichen Bodenschicht im Becken die ausgehärtete Lage abgesenkt, sodass eine weitere Lage aus flüssigem Photopolymer über der ursprünglichen entsteht. Diese kann dann wiederum mit einem neuen 2D-Bild ausgehärtet werden. Das gefertigte Objekt wird dann aus dem Becken herausgenommen und noch einmal vollständig ausgehärtet. Das Digital Light Processing (DLP) weist die gleiche Funktionsweise wie die Stereolithografie auf, nutzt aber statt eines Lasers einen DLP-Projektor. Beim Polyjet-Verfahren (MJM) werden die Vorgehensweisen der Stereolithografie und des FDM vereint. Über einen Druckkopf wird flüssiger Kunststoff auf eine Plattform aufgetragen, der mit Hilfe einer integrierten Lichtquelle sofort aushärtet. Ähnlich erfolgt auch das Film Transfer Imaging Verfahren, auch FTI genannt. Dabei trägt eine Transportfolie den flüssigen Photopolymer auf einer Plattform auf und die Aushärtung erfolgt durch einen Projektor.
Welches Verfahren passt zu meinen Anforderungen?
Wie Sie sehen, gibt es im additiven Verfahren mittlerweile zahlreiche Möglichkeiten, um dreidimensionale Objekte herzustellen. Jede Vorgehensweise hat Vor- und Nachteile, die Genauigkeit, Schnelligkeit, das Ausgangsmaterial oder die Kostenfrage betreffen. Somit kann abgewogen werden, welches Verfahren am besten für die Herstellung der gewünschten Produkte geeignet ist.
