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Wie funktioniert der 3D-Druck?

Grundlegend ist das Grundprinzip der verschiedenen 3D-Druck-Verfahren identisch. Das Bauteil entsteht durch das Auftragen oder Verbinden einzelner Material-Schichten, und wird so nach und nach aufgebaut. Daher stammt auch der alternative Begriff Additive Verfahren, da bei allen 3D-Druck-Verfahren Material hinzugegeben wird. Der Entstehungsprozess der einzelnen Schichten unterscheidet sich jedoch bei den verschiedenen 3D-Druck-Verfahren.

Ausgangspunkt ist immer eine CAD-Datei (das digitale 3D-Modell) des Bauteils. Diese Datei dient als Grundlage für die Herstellung eines Bauteiles im 3D-Druck. Im ersten Schritt wird die CAD-Datei in einer meist druckerspezifischen Software verarbeitet und für das jeweilige 3-Druck-Verfahren aufbereitet und an den 3D-Drucker übertragen. Aus der CAD-Datei (dem 3D-Modell) des Bauteils wird in diesem Prozess das digitale 3D-Modell in einzelne Slices (Schichten) umgewandelt, die dann die Grundlage für den Bauprozess bilden.

3D-Druck Verfahren - Erstellung des Bauteils durch Schichtverfahren

1. CAD-Datei (3D-Modell) 2. Slice-Prozess 3. Bauprozess im Schichtverfahren

 

Übersicht der 3D-Druck-Verfahren

FDM 3D-Druck-Verfahren  

Fused Deposition Modeling (FDM)
FDM ist ein 3D-Druck Verfahren, bei dem ein schmelzfähiges Material wie Kunststoff erhitzt wird und über eine Düse als Faden aufgetragen wird. Man spricht hier auch vom Strangablegeverfahren.
 
Stärken:

  • Kostengünstig
  • Schnelles Verfahren
  • Materialverlust ist gering
Schwächen:
  • Druckrichtung gibt die Richtung vor, in welche das Objekt einwirkende Kräfte aufnehmen kann
  • Sehr dünne Wandstärken sind nicht herstellbar
  • Stützmaterial ist erforderlich

SLS 3D-Druck Verfahren  

Selektives Lasersintern (SLS)
Das Selektive Lasersintern gehört zu den pulverbettbasierten Fertigungsverfahren. Das Ausgangsmaterial hat Pulverform und wird schichtweise mit einem Laser verschmolzen.
 
Stärken:

  • Sehr filigrane Bauteile können hergestellt werden
  • Auch für höhrere Stückzahlen geeignet
  • Dünne Wandstärken sind möglich
  • Keine Stützstrukturen notwendig
  • Mechanisch und thermisch belastbar
Schwächen:
  • Hoher Energieeinsatz
  • Transparente Strukturen sind nicht machbar

SLA 3D-Druck Verfahren  

Stereolithografie (SLA)
Hier werden flüssige Kunststoffe partiell durch einen UV-Laser ausgehärtet während die Arbeitsplatte im Bauraum schrittweise um eine Schichtdicke abgesenkt wird. Das Bauteil entsteht hierbei im flüssigen Kunststoffbad.
 
Stärken:

  • gilt aktuell als das genaueste Verfahren
  • Sehr glatte Oberflächen
  • flexible und starre Objekte sind möglich
  • Mehrteilige Baugruppen sind möglich
Schwächen:
  • Bauteil kann unter Umständen spröde sein
  • Die Konstruktionsfreiheit kann von der benötigten Stützkonstruktion eingeschränkt werden

MJM Polyjet 3D-Druck Verfahren  

Multijet Modeling (MJM)
Beim Multijet Modeling wird das Photopolymer im Druckkopf auf Schmelztemperatur erhitzt. Das geschmolzene Material wird tröpfchenweise auf die Bauplattform aufgetragen und das Bauteil durch den Mehrfachdruckkopf in der Ebene erstellt. 
 
Stärken:

  • verschiedene Materialien miteinander kombinierbar
  • hoher Detailierungsgrad mit feinsten Strukturen
  • große Bauräume möglich
Schwächen:
  • Kleinere Materialauswahl
  • Eingeschränkte mechanischen Eigenschaften und daher für Funktions-Prototypen nicht geeignet

SLM 3D-Druck Verfahren  

Selektives Laserschmelzen (SLM)
Der Unterschied vom Selektivem Laserschmelzen zum Selektiven Lasersintern liegt darin, dass das Materialpulver nicht zusätzlich gesintert wird. Es ist auch unter dem Namen Laser Powder Bed Fusion bekannt. 
 
Stärken:

  • Fast porenfreies Material
  • Bewegliche Teile können hergestellt werden
  • Konstruktive Freiheit
Schwächen:
  • nur ca. 50% des überschüssigen Pulvers wiederverwendbar
  • hoher Energieverbrauch
  • Oberflächen müssen oft nachbearbeitet werden

Vorteile beim 3D-Druck

  • Die Fertigungszeiten liegen im 3D-Druck meist nur zwischen 2-3 Tagen.
  • Entwicklungs- und Produktionskosten werden gemindert.
  • Zur Herstellung der dreidimensionalen Bauteile werden keine Werkzeuge benötigt. Ein digitales 3D-Modell als CAD-Datei dient als Grundlage.
  • Änderungen am Werkstück sind sehr einfach und kostengünstig realisierbar.
  • Die Herstellung von Prototypen ist mit 3D-Druck wesentlich kosteneffizienter und schneller.
  • Reduziertes Risiko von Fehlproduktionen in der Serienfertigung.
  • Hohe Gestaltungsfreiheit bei der Erstellung von Bauteilen.
  • Deutliche Reduktion von Material-Abfällen bei der Fertigung im Vergleich zu abtragenden Verfahren.

Nachteile beim 3D-Druck

  • Je nach Druck-Verfahren und Bauvolumen ist die begrenzte Größe des Bauteils zu beachten.
  • In einigen Fällen ist eine Nachbearbeitung des gedruckten Teils notwendig.
  • Sehr hohe Stückzahlen sind noch nicht rentabel.
  • Bauteil- und Materialeigenschaften sind von Verfahren zu Verfahren unterschiedlich.

Die Entwicklung des 3D-Drucks

Die bedeutendsten Entwicklungen in der additiven Fertigung wurden erst in den letzten Jahren gemacht, obwohl es den 3D-Druck schon seit 30 Jahren gibt. Die Fertigung in 3D-Druck Verfahren nimmt einen immer größer werdenden Platz ein in der industriellen Produktion ein. Laut Prognosen wird für das Jahr 2020 einen Umsatz von 22,4 Mrd. $ in der weltweiten 3D-Druck-Industrie erwartet.

Auch die 3D-Drucker werden sich rasant weiterentwickeln:

  • Die Bauräume werden sich vergrößern so das größere oder mehr Teile gleichzeitig produziert werden können
  • Die Geschwindigkeit der Herstellung wird sich erhöhen und die Genauigkeit wird sich weiter verbessern (z.B. SLS/SLM: variabler Laserfokus, mehrere Laser 400W und 1000W)
  • unterschiedliche Materialien in einem Objekt lassen sich in Zukunft besser kombinieren (bei gewissen Verfahren ist das heute schon möglich)
  • die mechanischen und optischen Eigenschaften der Druckergebnisse werden optimiert, der Nachbearbeitungsaufwand wird somit minimiert

Entwicklung des 3D-Druck Marktvolumens

Marktvolumen Additive Fertigung global (Quelle: [Woh16[)

 
Übersicht über die 3D-Druck Technologien  

Warum 3D-Druck bei igus?

Wir sind spezialisiert auf reibungsoptimierte und verschleißarme Bauteile aus Kunststoff für bewegte Anwendungen. Wir bieten verschiedene 3D-Druck-Verfahren an und können dadurch auf Ihre individuellen Anforderungen eingehen. Vom Einzelstück über funktionale Prototypen bis hin zu Serien von 5.000 Stück in Serienmaterial - die Additiven Verfahren von igus bieten Lösungen für verschleißarme Bauteile aus iglidur Hochleistungskunststoffen.

Mehr erfahren Sie in unserem Video 

Häufig gestellte Fragen zum 3D-Druck

Mehr Fragen und Antworten finden Sie in unserem igus Blog
 


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