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3D-Druck

Die 3D-Drucktechnologie, auch als additive Fertigung bezeichnet, ist ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte auf Grundlage eines digitalen Modells. Hierbei wird das Material schichtweise und additiv aufgebracht. Zunächst erfolgt mithilfe von Computer-Aided Design (CAD) eine virtuelle dreidimensionale Darstellung des Objekts. Danach wird das Modell in eine Reihe horizontaler Schichten zerteilt, um das Design in ein für den 3D-Drucker lesbares STL-Format (Standard Tesselation Language) zu konvertieren. Diese Daten werden dann zum Drucker übertragen und die Druckereinstellungen festgelegt. Das finale Objekt wird Schicht für Schicht erzeugt, wobei jede Schicht mit der vorhergehenden verbunden und auf dieser aufgebaut wird.

Auf diese Weise können sehr komplexe Formen und Strukturen mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit aus zahlreichen verschiedenen Materialien hergestellt werden. Der 3D-Druck wird daher für ein breites Anwendungsspektrum in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Bau, Mode, Lebensmittel, Schmuck und Fertigung sowie im medizinischen Bereich eingesetzt. Für den 3D-Druck von Objekten aus geschmolzenen, flüssigen oder pulverförmigen Materialien gibt es verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften.

Ausführlichere Informationen – unter anderem dazu, wie Sie durch Smart Manufacturing den CO₂-Fußabdruck senken können – finden Sie in unserer Broschüre 3D to 4D Printing for Added Sustainability.

Zu den beliebtesten 3D-Drucktechnologien gehören:

Vat-Polymerisation
Fused Deposition Modeling

Pulverbettfusion
Jetting

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Fused Deposition Modeling (FDM; Schmelzschichtung)

Fused Deposition Modeling (FDM), auch als Fused Filament Fabrication (FFF) oder Materialextrusion bezeichnet, ist die gebräuchlichste und kostengünstigste 3D-Drucktechnologie. Eine Spule Thermoplast-Filament (z.B. PLA, ABS) wird bis zum Schmelzpunkt erhitzt und durch eine Düse auf eine Plattform extrudiert, auf der das geschmolzene Material abkühlt und sich verfestigt. Diese Technologie wird beim Spritzgussverfahren und bei der modernen Kunststofffertigung für gebrauchsfertige Produkte eingesetzt.

Vat-Polymerisation

Bei der Vat-Polymerisation wird ein flüssiges Polymerharz durch Photopolymerisation ausgehärtet. Die Stereolithographie (SL) war die erste 3D-Drucktechnologie dieser Art, die entwickelt und vermarktet wurde. Ein SL-Drucker verwendet Spiegel, die auf der X- und Y-Achse positioniert sind und einen Laserstrahl über eine Wanne mit Harz richten, um einen Querschnitt des Objekts zu erzeugen. Beim Verfahren Digital Light Processing (DLP) kommt ein Projektor mit einem LCD-Bildschirm oder einer UV-Lichtquelle zum Einsatz, um ein Bild einer Schicht des 3D-Modells auf eine lichtempfindliche Harzschicht zu projizieren. Dieser harzbasierte 3D-Druckvorgang ist schnell, da eine ganze Schicht auf einmal belichtet wird. Bei der maskierten Stereolithographie (MLA) wird ein LED-Array verwendet, um UV-Licht durch eine LCD-Photomaske zu strahlen.

Fused Deposition Modeling (FDM; Schmelzschichtung)

Pulverbettfusion

Bei der Pulverbettfusion werden Polymer- oder Metallpulverpartikel mit einer thermischen Energiequelle selektiv ausgehärtet, um ein festes Kunststoff- oder Metallobjekt zu bilden. Das Pulver wird zunächst auf eine Temperatur knapp unter seinem Schmelzpunkt erhitzt. Danach verteilt eine Walze eine sehr dünne Pulverschicht über die Bauplattform, bevor ein Laser über diese Schicht fährt und sie verschmilzt. Wenn eine Schicht fertiggestellt ist, wird das Pulverbett für die nächste Schicht inkrementell gesenkt. Selektives Laser-Sintern (SLS) verwendet einen Laser, um Polymerpulver Schicht für Schicht zu sintern. Selektives Laserschmelzen (SLM) beinhaltet das vollständige Schmelzen von Metallpulver, anstelle von Sintern. Andere Arten der Metallpulverbettfusion sind das direkte Metall-Laser-Sintern (DMLS) und das Elektronenstrahl-Schmelzen (EBM).

Jetting

Material Jetting (MJ) nutzt die Tintenstrahldrucker-Technologie, um winzige Photopolymer- oder Wachströpfchen auf eine Bauplattform zu strahlen. Die Schichten werden beim Drucken simultan mit Hilfe von UV Licht gehärtet. Beim Material Jetting (MJ) wird das Baumaterial nicht punktweise, sondern schnell und zeilenweise abgesetzt. Auf diese Weise können mehrere Objekte in einer einzigen Zeile hergestellt werden. Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung von Objekten aus mehreren Materialien. In der Drop-on-Demand (DOD) 3D-Drucktechnologie werden zwei Tintenstrahldrucker eingesetzt, um sowohl das Material des Endprodukts als auch das lösliche Stützmaterial simultan abzusetzen.

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