die wichtigsten 3D-DruckVerfahren

FDM (Fused Deposition Modeling) oder  FFF (Fused Filament Fabrication)

 

Die derzeit günstigste Möglichkeit ein 3D-Objekt zu erzeugen.

 

Dieses „Schmelzschichtungsverfahren“ basiert grundsätzlich auf vier Elementen:

  • ein (beheiztes) Druckbett (print bed), auf dem das Objekt gedruckt wird,
  • eine Spule Druckmaterial (Filament),
  • eine Fördereinheit (filament feeder)
  • ein Druckkopf/Heizdüse (hot end/nozzle), der auch Extruder genannt wird.

Das Filament wird durch die Fördereinheit in den Druckkopf geschoben und dort eingeschmolzen. Entsprechend der Schichten des 3D-Modells werden dünne Kunststoffstränge auf das Druckbett entlang der X-und Y-Achse ausgebracht (extrudiert). Sobald das Material abkühlt ist, härtet es schnell aus. Je nach Druckermodell wird entweder die Düse selbst und/oder die darunter liegende Plattform entlang der Z-Achse um eine Schichthöhe bewegt. Auf eine ausgehärtete Schicht wird die nächste Schicht des fast flüssigen Kunststoffs aufgetragen. So entsteht Schicht für Schicht, das reale Abbild des gewünschten Objektes. Volumenkörper werden bei dem Verfahren nicht solide, sondern mit ca. 20-25%  Füllstrukturen gedruckt (‚Infill‘). So lässt sich Material und Gewicht sparen. Außerdem können durch cleveres Design zusätzliche konstruktive Vorteile ausgeschöpft werden. Für überhängende Elemente müssen Stützstrukturen mitgedruckt werden. Bei FDM ist es relativ normal, dass die unterschiedlichen Drucklagen sichtbar sind.

 

Anwendungsgebiete:

Die Kosten, die Handhabung und die Schnelligkeit der Extrusion machen Schmelzschichtung zu einer Technologie, die in zahlreichen Branchen zu finden ist:

Luft- und Raumfahrt, Automobil, Architektur, Medizin, Design, Kunst, Kochkunst, etc.

 insbesondere für die Anfertigung

  • Präziser Bauteile für anspruchsvolle Tests und rauer Umgebungen
  • FDM-Befestigungsteile, -Werkzeuge und -Prototypen
  • um Dinge anschaulicher zu gestalten
  • funktioneller Objekte
  • Serienfertigung in kleiner Größenordnung

Materialien:

Diese Technologie ist kompatibel mit einer großen Anzahl an thermoplastischen Polymeren (PLA, ABS, Polycarbonat, PET, PS, ASA, PVA, Nylon und zahlreichen weiteren Filamenten auf Basis von Metallen, Stein, Holz und weiteren Materialien, die lebensmittelecht, leitfähig, biologisch  abbaubar, hitzebeständig sind oder sich für  Außenanwendungen eignen).

 

Nachbehandlung:

  • z. B. Schleifen, lackieren, bohren
  • mit Epoxidharz um die typischen 3D-Druckrillen zu glätten

Stereolithografie (SLA)

 

Das 3D-Modell entsteht in einem flüssigen Kunststoffbad (Epoxidharz oder ein Acrylat). Ein UV-Laser, welcher über bewegliche Spiegel gelenkt wird, projiziert und belichtet die Kontur des Modells auf die Oberfläche des flüssigen Materials. Die erste Schicht erhärtet und befestigt das Modell an ein unterliegendes Druckbett. Das Modell senkt sich schichtweise nach unten damit sich darüber wieder flüssiges Material sammeln kann. Darauf wird der nächste Layer projiziert und ausgehärtet. Nach dem “Druckvorgang” wird das gehärtete Objekt aus dem Bad genommen und kann abtropfen. Bei der Nachbearbeitung wird es von Lösungsmitteln gereinigt und zur weiteren Aushärtung unter eine UV-Lampe oder in einer eigenen Belichtungskammer nachbelichtet.

 

Die Einsatzgebiete von Modellen / Bauteilen, die im SLA Verfahren hergestellt werden, sind zahlreich.

  • sehr filigrane Strukturen und glatte Modelle
  • Urmodelle zum Abformen (Vakuumguss)
  • Bauteile mit sehr hoher Präzision
  • Designmodelle
  • Funktionsbauteile
  • Prototypen


3DP – Pulverdruck - CJP (=ColorJet-Printing )

Das vollfarbige 3D-Druckverfahren in CMYK, bekannt durch 3d-Selfie-Figuren.

 

Mittels ein oder mehrere Druckköpfe, ähnlich einem herkömmlichen Tintenstrahldrucker, wird ein farbiger, flüssiger Klebstoff (Bindemittel) auf eine Pulverschicht aufgetragen. Pulver und Tinte vermischen sich und verhärten zusammen.

Das Pulverbett mit dem Modell senkt sich um ca. 0,1 mm und eine Pulverrolle trägt eine neue Schicht auf. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das 3D Modell fertig ist. Nach dem 3D-Druck wird das Modell vorsichtig aus dem Pulverbett befreit, mit Pinsel und Druckluft gereinigt und anschließend mit einem „Sekundenkleber“ (Acrylat) infiltriert. Dieser härtet im Modell aus und verleiht ihm die finale Festigkeit. Dennoch sind sie nur teilweise belastbar und haben eine leicht raue Oberfläche. Aufgrund der Vollfarbigkeit besonders für Anschauungs-/Ausstellungsmodelle beliebt.

  • 3D-Selfies
  • Architektur & Bau
  • Präsentationsmodelle

Selective Laser Sintering (SLS), Selektives Laserschmelzen (SLM)

 

Mit einem Rakel wird eine Schicht Pulverwerkstoff auf eine Bauplattform aufgebracht und bei Kunststoffen bis knapp unter den Schmelzpunkt erhitzt. Mithilfe eines Hochleistungs-Lasers (CO2) und über Umlenkspiegel wird, entsprechend der Konturen des 3D Objektes, nur lokal begrenzt (selektiv) verschmolzen bzw. versintert. Das Druckbett senkt sich ab und eine neue Pulverschicht wird aufgetragen. Bei der Bestrahlung der definierten Bereiche wird nicht nur die oberste Pulverschicht gesintert, sondern auch die darunterliegende Schicht erneut aufgeschmolzen und so mit der darüber liegenden Schicht verbunden. Beim Selektiven Laser Melting (SLM) wird der Bauraum in der Regel nicht erhitzt (Ausnahme: Aluminiumlegierungen), sondern mit einem Schutzgas gefüllt um die Oxidation des Metalls zu verhindern. Anschließend wird nicht verschmolzenes Material entfernt.

 

Pulverwerkstoffe (SLS):  Thermoplaste, hauptsächlich (PA) sowie Elastomere, Alumide, Metalle, Keramiken, Sande.

 

Pulverwerkstoffe (SLM): Metalle (Aluminium, Edel- und Werkzeugstahl oder Titan), Kunststoffe und Keramiken.

 

Die Bauteile haben eine leicht raue Oberfläche.


Multi-Jet-Modeling (MJM) / Polygrafie 

 

Das flüssige Ausgangsmaterial (Wachse, Thermoplaste und Photopolymere) wird mittels eines Mehrfachdüsendruckkopfes zugeführt und thermisch auf eine Bauplattform aufgetragen. Am Druckkopf angebrachten UV-Lampen belichten das Material um es auszuhärten. Wie gewohnt, sinkt die Bauplattform nach unten ab und die nächste Schicht kann erzeugt werden. Durch das Schichtverfahren können bereits im Druckprozess Materialien unterschiedlicher ästhetischer, haptischer und physikalischer Eigenschaften (transparente/gummiartige sowie ABS-ähnliche Werkstoffe) verarbeitet werden - formstabil und ohne Klebestellen.

 

Das Polygrafie-Verfahren eignet sich besonders für Objekte mit hohem Detailgrad und glatten Oberflächen.
 

 

  • Funktionale Prototypen / Prototypenbau
  • Funktionale Erstmuster mit Materialmix (Design, Modellbau etc.)
  • Medizintechnik
  • Elektrotechnik
  • Robuste & präzise Guss- /Formvorlage
  • Modelle mit komplexen/filigranen Geometrien
  • Modelle mit dünnen Wandstärke von nur 0,5mm aus gummiartigen Material verschiedenster Härten sowie transparenten und wasserdichten Werkstoffe