Die wichtigsten Arten der 3D-Drucktechnologie

by Waylinl

Table of Contents

  1. Fused Deposition Modeling (FDM)
    1. So funktioniert FDM-3D-Druck
    2. Häufige Anwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  2. Stereolithografie (SLA)
    1. Der SLA-Druckprozess
    2. Wichtige Anwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  3. Digitale Lichtverarbeitung (DLP)
    1. So funktioniert DLP-Druck
    2. Wichtige Anwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  4. Selektives Lasersintern (SLS)
    1. Das SLS-Druckverfahren
    2. Fertigungsanwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  5. Materialstrahlen (MJ)
    1. Das MJ-Druckverfahren
    2. Typische Anwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  6. Abwurf auf Abruf (DOD)
    1. Der DOD-Druckprozess
    2. Industrielle und kommerzielle Nutzung
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  7. Sand-Binder-Jetting
    1. So funktioniert Sand Binder Jetting
    2. Anwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  8. Metall-Binder-Jetting
    1. So funktioniert das Metall-Binder-Jetting
    2. Anwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  9. Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) / Selektives Laserschmelzen (SLM)
    1. Der DMLS/SLM-Druckprozess
    2. Wichtige Anwendungen
    3. Vorteile:
    4. Nachteile:
  10. Elektronenstrahlschmelzen (EBM)
    1. So funktioniert EBM
    2. Hochleistungsanwendungen
    3. Vorteile
    4. Nachteile
  11. Erwecken Sie Ihre Designs mit 3D-Druck zum Leben
  12. Mehr lesen

Der 3D-Druck hat viele Branchen beeinflusst und ermöglicht beispielsweise die Erstellung von Prototypen, maßgeschneiderten Produkten und sogar komplexen medizinischen Implantaten. Obwohl es mehrere 3D-Druckverfahren gibt, jedes mit seinen eigenen Stärken und idealen Einsatzmöglichkeiten, ist es wichtig, die wichtigsten Typen zu verstehen. Dieser Artikel untersucht die Grundlagen, Anwendungen, Vor- und Nachteile der gängigsten 3D-Drucktechnologien. Dazu gehören Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithografie (SLA), Digital Light Processing (DLP), Selektives Lasersintern (SLS), Material Jetting, Drop on Demand, Sand Binder Jetting, Metal Binder Jetting, Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Wenn Sie diese Verfahren verstehen, können Sie den richtigen 3D-Druckansatz für Ihre Anforderungen auswählen.

Ein kurzes Vergleichsblatt:

Technologie Verwendete Materialien Anwendungen Vorteile Nachteile
FDM Kunststoffe Prototypen, Modelle Günstig, einfach Geringere Qualität
SLA Harze Reibungslose Prototypen Tolle Details Teurer
SLS Polymerpulver Funktionsteile Robuste, langlebige Teile Teuer
Materialstrahlen Fotopolymere Teile aus mehreren Materialien/Farben Tolle Details, verschiedene Materialien Begrenzte Materialien
Verteidigungsministerium Photopolymere, Wachs Modelle, Prototypen Multimaterialfähigkeit Langsamere Geschwindigkeit
Binder Jetting (Sand) Sand, Bindemittel Metallgussformen Komplexe Designs Eingeschränkte Anwendungsmöglichkeiten
Binder Jetting (Metall) Metallpulver, Bindemittel Metallteile Designflexibilität Nachbearbeitung erforderlich
DMLS Metallpulver Funktionale Metallteile Hohe Festigkeit, komplexe Geometrien Teure, begrenzte Materialien
EBM Metallpulver Leistungsstarke Komponenten Übermacht Sehr teuer
DLP Harze Reibungslose Prototypen Hohe Präzision Begrenzte Materialien, teuer

Fused Deposition Modeling (FDM)

So funktioniert FDM-3D-Druck

FDM ist eine der beliebtesten und zugänglichsten 3D-Drucktechnologien. Bei diesem Verfahren wird ein fester Kunststofffaden durch eine beheizte Düse geführt. Die Düse schmilzt den Kunststoff und trägt ihn Schicht für Schicht auf einer Bauplatte auf, um das 3D-Objekt basierend auf dem digitalen Design zu erstellen.

Häufige Anwendungen

FDM/FFF wird häufig für Prototyping, Produktentwicklung, Herstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen sowie für die Erstellung von Konzeptmodellen, Kunstprojekten und Hobbyartikeln verwendet. Dabei können verschiedene thermoplastische Materialien wie PLA, ABS, PETG und Spezialfilamente verwendet werden.

Vorteile

Nachteile

  • Geringere Auflösung und Oberflächenqualität im Vergleich zu einigen anderen Methoden
  • Sichtbare Schichtlinien auf Drucken
  • Mögliche Probleme wie Warping und Stringing

Insgesamt bietet FDM/FFF eine gute Balance zwischen kosten, Benutzerfreundlichkeit und Vielseitigkeit für viele Anwendungen machen es zu einer beliebten Wahl im 3D-Druck.

FDM/FFF is widely used for prototyping, product development, manufacturing tools and fixtures, as well as creating concept models, art projects, and hobby items.

Stereolithografie (SLA)

Der SLA-Druckprozess

SLA ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der ein Behälter mit flüssigem Photopolymerharz und ein Ultraviolett-(UV-)Laser verwendet werden, um Teile Schicht für Schicht aufzubauen. Der Laserstrahl fährt jede Schicht über die Oberfläche des Harzes, wodurch es selektiv verfestigt wird und das 3D-Objekt entsteht.

Wichtige Anwendungen

SLA wird häufig zur Herstellung hochpräziser Prototypen, Modelle für Feinguss und Endverbrauchsteile in Branchen wie Zahnmedizin, Schmuck und Produktherstellung verwendet. Aufgrund seiner Fähigkeit, glatte Oberflächen zu erzeugen und komplizierte Details zu erfassen, ist es für diese Anwendungen geeignet.

Vorteile

  • Hohe Genauigkeit und Präzision
  • Hervorragende Oberflächenqualität
  • Kann komplexe Geometrien und feine Details drucken

Nachteile

  • Teurere Drucker und Materialien im Vergleich zum FDM 3D-Druck
  • Begrenzte Materialauswahl, meist Photopolymerharze
  • Nachbearbeitungen wie die Entfernung von Stützstrukturen sind häufig erforderlich
  • Mögliche Gesundheits- und Sicherheitsbedenken beim Umgang mit flüssigen Harzen

Obwohl die SLA-Technologie teurer ist, bietet sie eine höhere Druckqualität und Detailauflösung und ist daher für verschiedene Prototyping- und Kleinserienproduktionsanforderungen in zahlreichen Branchen wertvoll.

Digitale Lichtverarbeitung (DLP)

So funktioniert DLP-Druck

DLP ist eine weitere 3D-Drucktechnologie, die Fotopolymere verwendet, aber statt eines Lasers einen Projektor nutzt, der ein einzelnes Bild jeder Schicht über die gesamte Oberfläche des Harzbehälters projiziert. Dadurch wird eine ganze Schicht des Objekts auf einmal schnell ausgehärtet.

Wichtige Anwendungen

DLP eignet sich gut für die Herstellung hochpräziser Prototypen, Gussformen, Zahnmodelle und Kleinserienfertigung von Endverbrauchsteilen. Aufgrund seiner Geschwindigkeit ist es für Anwendungen nützlich, die kürzere Durchlaufzeiten erfordern.

Für und Wider

Vorteile

  • Schnellere Druckgeschwindigkeiten im Vergleich zu SLA
  • Hohe Präzision und Auflösung
  • Kann komplexe Geometrien drucken

Nachteile

  • Teurer als FDM-Drucker
  • Begrenzte Materialoptionen auf Basis von Fotopolymeren
  • Erfordert sorgfältigen Umgang mit Harz
  • Eventuell ist eine zusätzliche Endbearbeitung/Nachhärtung erforderlich

DLP bietet eine extrem hohe Auflösung bei relativ hoher Geschwindigkeit, allerdings zu höheren Kosten als FDM. Es ist eine gute Wahl für komplizierte Prototypen, Gussteile und spezielle Produktionsanwendungen.

Selektives Lasersintern (SLS)

Das SLS-Druckverfahren

Selektives Lasersintern (SLS) ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem mit einem Hochleistungslaser kleine Polymerpulverpartikel zu einer festen Struktur verschmolzen werden.Dabei tastet ein Laser das Pulver gezielt ab und versintert (verschmilzt) es Schicht für Schicht auf Basis des 3D-Modells.

Fertigungsanwendungen

SLS wird häufig für funktionale Prototypen und Endverbrauchsteile in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und dem Gesundheitswesen eingesetzt. Aufgrund der Fähigkeit, langlebige, hitzebeständige Teile herzustellen, eignet es sich für Fertigungsanwendungen.

Vorteile

  • Keine Stützstrukturen erforderlich
  • Produziert hochfeste, funktionale Teile
  • Kann eine Vielzahl von Polymermaterialien verwenden

Nachteile

  • Teure Industriedrucker
  • Poröse Oberflächen können eine Nachbearbeitung erfordern
  • Strenge Anforderungen an die Betriebsumgebung
  • Materialabfall aus ungesintertem Pulver

Obwohl die Kosten höher sind, bietet SLS hervorragende mechanische Eigenschaften, die ideal für die Herstellung langlebiger Prototypen und Endverbrauchsteile sind, bei denen Festigkeit und Hitzebeständigkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Materialstrahlen (MJ)

Das MJ-Druckverfahren

MJ-Druck, auch bekannt als PolyJet oder MultiJet-Druck, ist eine 3D-Drucktechnik, bei der flüssige Photopolymermaterialien selektiv aufgespritzt und Schicht für Schicht mit UV-Licht ausgehärtet werden. Druckköpfe tragen das Baumaterial und das Stützmaterial gleichzeitig auf.

Typische Anwendungen

MJ zeichnet sich durch die Herstellung hochdetaillierter Prototypen, Konzeptmodelle und Endverbrauchsteile in Branchen wie Produktdesign, Fertigung, Zahnmedizin, Medizin und Schmuck aus. Die Fähigkeit, mehrere Materialien und Farben in einem einzigen Bau zu drucken, macht es vielseitig einsetzbar.

Vorteile

  • Kann mehrere Materialien und Farben bedrucken
  • Hohe Präzision und feine Detailauflösung
  • Glatte Oberflächen erfordern oft nur minimale Nachbearbeitung

Nachteile

  • Teurere Drucker und Materialien
  • Stützmaterial muss entfernt werden
  • Begrenzte Materialfähigkeiten im Vergleich zu einigen Technologien

Mit seinen Multimaterial-Druckfähigkeiten und seiner hohen Genauigkeit erfüllt Material Jetting vielfältige Prototyping- und Produktionsanforderungen, bei denen komplizierte Details, Texturen und Farben wesentliche Anforderungen sind.

Abwurf auf Abruf (DOD)

Der DOD-Druckprozess

Drop on Demand (DOD) 3D-Druck funktioniert, indem flüssige Materialien wie Fotopolymere oder Wachs selektiv in Tröpfchen auf eine Bauplattform aufgetragen werden. Die Tröpfchen werden durch kleine Düsen ausgestoßen, während sich der Druckkopf Schicht für Schicht über die Plattform bewegt, um das 3D-Objekt zu erstellen.

Industrielle und kommerzielle Nutzung

DOD wird häufig für Visualisierungsmodelle, Konzeptprototypen, Gussmuster und kleine Produktionsläufe verwendet. Es findet Anwendung in Branchen wie Fertigung, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Schmuckherstellung und Produktdesign.

Vorteile

  • Möglichkeit zum Drucken mehrerer Materialien und Farben
  • Glatte Oberflächenbeschaffenheit mit geringerem Nachbearbeitungsbedarf
  • Kostengünstig für die Produktion kleiner Stückzahlen

Nachteile

  • Langsamere Geschwindigkeiten im Vergleich zu einigen Technologien
  • Begrenzte Materialfähigkeiten
  • Stützstrukturen oft erforderlich

Dank der Möglichkeit, mehrere Materialien zu drucken und den günstigen Kosten für kleine Stückzahlen ist DOD eine vielseitige Option für die Erstellung detaillierter Modelle, Prototypen und Produkte in kleinen Mengen in verschiedenen Branchen.

Sand-Binder-Jetting

So funktioniert Sand Binder Jetting

Sand Binder Jetting ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem zwei Materialien zum Einsatz kommen – Sand und ein flüssiges Bindemittel. Sandschichten werden aufgebracht und selektiv miteinander verbunden, indem das Bindemittel auf Grundlage der 3D-Modelldaten in den gewünschten Bereichen aufgetragen wird. Bei diesem Verfahren werden Schicht für Schicht feste Sandformen oder -kerne erstellt.

Anwendungen

Sand Binder Jetting wird hauptsächlich in Gießereien und Metallgussbetrieben verwendet, um schnell Sandformen und -kerne für Metallgussprozesse im 3D-Druck herzustellen. Es ermöglicht komplexe geometrische Designs und beschleunigt die Produktion im Vergleich zu herkömmlichen Formtechniken.

Vorteile

  • Kostengünstig zur Herstellung von Sandformen/-kernen
  • Ermöglicht das Drucken komplexer Geometrien
  • Umweltfreundlich durch Verwendung von natürlichem Sand

Nachteile

  • Gedruckte Formen haben eine begrenzte Festigkeit und müssen ausgehärtet werden
  • Die Auflösung kann niedriger sein als bei einigen anderen 3D-Druckverfahren
  • Die Anwendungen beschränken sich hauptsächlich auf die Herstellung von Sandformen und -kernen

Obwohl auf Gießereianwendungen beschränkt, bietet Sand Binder Jetting eine kosteneffiziente additive Fertigungslösung für die schnelle Erstellung hochkomplexer Sandformen und -kerne für Metallgussverfahren.

Metall-Binder-Jetting

So funktioniert das Metall-Binder-Jetting

Beim Metal Binder Jetting werden Teile Schicht für Schicht mithilfe eines Zweikomponenten-Metallpulver-Materialsystems aufgebaut. Dünne Schichten Metallpulver werden aufgetragen und ein flüssiges Bindemittel verbindet sie selektiv auf der Grundlage der 3D-Modelldaten, wodurch ein „grünes Teil“ entsteht. Dieses grüne Teil wird weiteren Verarbeitungsschritten wie Entbinderung, Sintern und Infiltration unterzogen, um die endgültige dichte Metallkomponente zu erhalten.

Anwendungen

Diese additive Technologie findet Anwendung in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik zur Herstellung komplexer geometrischer Metallteile und -komponenten. Sie ermöglicht die bedarfsgerechte Herstellung kundenspezifischer Metallteile, Werkzeuge und funktionaler Prototypen.

Vorteile

  • Produziert hochdichte, hochwertige Metallteile mit guten Materialeigenschaften
  • Bietet Gestaltungsfreiheit und geometrische Komplexität, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer möglich ist
  • Wirtschaftlich im Vergleich zu bestimmten anderen Metall-3D-Druckverfahren

Nachteile

  • Derzeit ist die Auswahl an kompatiblen Materialien begrenzt
  • Erfordert zusätzliche Nachbearbeitungsschritte wie Entbindern und Sintern
  • Die Qualität des Endteils kann je nach Prozessparametern variieren

Durch die Kombination von Designflexibilität, Kosteneffizienz und der Fähigkeit, Metallteile mit hoher Dichte herzustellen, erweist sich Metal Binder Jetting als eine zunehmend attraktive Wahl für die Anforderungen der industriellen Metallteilproduktion.

Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) / Selektives Laserschmelzen (SLM)

Der DMLS/SLM-Druckprozess

DMLS und SLM sind ähnliche additive Fertigungsverfahren, bei denen Metallteile mithilfe eines Hochleistungslasers Schicht für Schicht aufgebaut werden. Dünne Schichten feinen Metallpulvers werden gleichmäßig verteilt und der Laser schmilzt oder sintert die Pulverpartikel basierend auf den 3D-Modelldaten selektiv zusammen, wodurch das Metall verschmilzt und das Teil entsteht.

Wichtige Anwendungen

DMLS/SLM-Technologien sind weit verbreitet in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, Automobil-, Medizin- und Dentalindustrie, da sie hochkomplexe, robuste Metallkomponenten mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Detailauflösung herstellen können. In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden sie für leichte Strukturteile und Motorkomponenten verwendet. Im Automobilsektor ermöglichen sie funktionale Prototypen und Produktionsteile. Zu den medizinischen Anwendungen gehören patientenspezifische Implantate und chirurgische Führungen. In der Zahnmedizin wird DMLS/SLM zur Herstellung von Kronen, Brücken und Gerüsten für herausnehmbare Teilprothesen eingesetzt.

Medical applications include patient-specific implants and surgical guides.

Vorteile:

  • Produziert starke, hochdichte Metallteile mit guten Materialeigenschaften
  • Ermöglicht komplexe Geometrien, die mit herkömmlicher Fertigung schwierig sind
  • Teile erfordern wenig oder keine Nachbearbeitung

Nachteile:

  • Teuer Drucker in Industriequalität und Metallpulver
  • Begrenzte Materialauswahl im Vergleich zu einigen Technologien
  • Stützstrukturen erforderlich, die entfernt werden müssen
  • Hoher Energieverbrauch

DMLS und SLM bieten außergewöhnliche Designfreiheit kombiniert mit der Fähigkeit, robuste, funktionale Metallteile herzustellen und sind vielseitige Lösungen für die Herstellung von Hochleistungskomponenten in unterschiedlichsten Branchen.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

So funktioniert EBM

EBM ist ein 3D-Druckverfahren Dabei wird ein fokussierter Elektronenstrahl im Hochvakuum verwendet, um entsprechend dem digitalen 3D-Modell selektiv Schichten aus Metallpulver zu schmelzen. Der Elektronenstrahl erhitzt und schmilzt die Metallpulverpartikel, sodass sie verschmelzen und erstarren und Schicht für Schicht das gewünschte Teil bilden.

Hochleistungsanwendungen

Die EBM-Technologie eignet sich gut für die Herstellung hochwertiger, vollständig dichter Metallteile mit hervorragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften. Sie findet Anwendung in Branchen, die Hochleistungskomponenten benötigen, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt für Flugzeugtriebwerksteile und Strukturkomponenten, in der Automobilindustrie für hochbelastete Komponenten wie Turbinenschaufeln, in der Medizin für maßgeschneiderte orthopädische und zahnärztliche Implantate und in der Energiebranche für Teile, die in Gasturbinen und Stromerzeugungsanlagen verwendet werden.

high-performance components such as aerospace for aircraft engine parts and structural components

Vorteile

  • Baut spannungsfreie Teile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften
  • In den meisten Fällen sind keine Stützstrukturen erforderlich
  • Schnelle Baugeschwindigkeiten im Vergleich zu einigen 3D-Metalldruckverfahren
  • Kann eine Reihe von Hochleistungsmetallmaterialien nutzen

Nachteile

  • Extrem teure Industrieausrüstung und Betriebskosten
  • Erfordert hochspezialisierte Einrichtungen und qualifiziertes Personal
  • Eingeschränkte Materialverträglichkeit im Vergleich zu einigen Technologien
  • Teilegrößenbeschränkungen aufgrund der Abmessungen der Baukammer

Trotz der hohen Kosten und speziellen Betriebsanforderungen bietet EBM einzigartige Vorteile bei der Herstellung robuster Metallteile mit hoher Integrität für anspruchsvolle Anwendungen in allen Branchen, die auf Hochleistungskomponenten angewiesen sind.

Erwecken Sie Ihre Designs mit 3D-Druck zum Leben

In diesem Artikel wurde die große Bandbreite an 3D-Druckverfahren untersucht – von Desktop-FDM und SLA für kostengünstiges Prototyping bis hin zu industriellem SLS für langlebige Fertigungsteile. Mehrmaterialtechniken ermöglichen komplexe, mehrfarbige Objekte. Direktes Metall-Lasersintern und Binder-Jetting erzeugen Hochleistungsmetallkomponenten mit Designflexibilität. Spezialverfahren wie Elektronenstrahlschmelzen erzeugen extrem robuste Teile für anspruchsvolle Branchen. Da sich der 3D-Druck mit verbesserten Materialien, höheren Geschwindigkeiten und höherer Präzision weiterentwickelt, wird er in den Verbraucher- und Industriesektoren immer beliebter. Wählen Sie die richtige 3D-Drucktechnologie, um Ihre Ideen in die Realität umzusetzen.

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