Insgesamt gibt es inzwischen eine große Bandbreite an 3D Druckverfahren und auch an 3D Druckern. So stehen beim 3D Druck Service vom Kunststoff schmelzenden 3D Desktop Drucker bis hin zu Druckern für den industriellen Einsatz, die Pulver selektiv per Laser schmelzen, eine große Auswahl an 3D Druckern für unterschiedlichste Einsätze und Ansprüche zur Verfügung. Unterschiede zwischen den einzelnen Verfahren machen sich vor allem im Hinblick auf die Kosten und den Zeitaufwand bemerkbar. Denn sowohl Kosten als auch die allgemeine Druckdauer variieren im Rahmen der jeweiligen Technologie, des genutzten 3D Druckverfahrens an sich sowie der Objektgröße und der Nachbearbeitung bzw. der Oberflächenveredelung mitunter stark.
Alleine die Druckdauer offenbart hier eminente Unterschiede. Einige Objekte lassen sich innerhalb von einigen Minuten ausdrucken, während der 3D Druck von besonders großen und komplexen Objekten teilweise Tage in Anspruch nimmt. Die Druckzeit wird dabei immer auch von der geforderten Auflösung respektive von dem eingesetzten 3D Druck Verfahren positiv oder negativ beeinflusst. Die beim jeweiligen 3D Druck Vorhaben zum Einsatz kommenden Materialien müssen dabei immer zum gewählten 3D Druck Verfahren passen; sie sind also vom jeweils gewählten Verfahrensweg abhängig. Denn nicht jeder 3D Drucker ist in der Lage, jedes Material zu verarbeiten. Unser spezieller 3D Druck Service für Sie: Im Folgenden skizzieren wir für Sie die am häufigsten genutzten 3D Druck Verfahren.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Hierbei handelt es sich um ein spezielles Schmelzschicht-Verfahren. Die Methodik, die sich hinter diesem Verfahren verbirgt, ähnelt auf den ersten Blick erst einmal der Funktionsweise eines klassischen Druckers: Grundsätzlich wird dabei ein Punkte Raster auf eine bestimmte Fläche aufgetragen. Bei herkömmlichen Druckern übernehmen dies der Druckerkopf und der Toner. Im Gegensatz dazu erzeugt ein 3D-Drucker die jeweiligen Punkte durch die Verflüssigung von Wachsmaterialien oder drahtförmigen Kunststoffen. Erreicht wird die Verflüssigung des an sich festen Ausgangsmaterials durch eine gezielte Erwärmung des jeweiligen Werkstoffs. Nach der Verflüssigung des Wachsmaterials respektive des drahtförmigen Kunststoffs, wird das Material auf die jeweilige Fläche aufgetragen.
Dies erfolgt durch Extrusion mittels einer Düse. Diese Düse, die auch Mundstück oder Matrize genannt wird, fungiert als formgebende Öffnung. Im Rahmen der Extrusion werden dann feste oder auch dickflüssige Massen, die härtbar sind, aus eben der formgebenden Öffnung herausgepresst. Dabei entstehen so bezeichnete Extrudate, die dem jeweiligen Querschnitt der Öffnung entsprechen. Die Düse stellt dabei den Extruder dabei. Dieser erhitzt die Kunststofffäden, auch Filament genannt, mit denen der involvierte 3D-Drucker dann letztendlich druckt. Nach der kompletten Aufbringung kühlt das Material wieder ab, was dann wieder zur Erhärtung des 3D Druckobjekts führt.
Stereolithografie (SLA)
Die Stereolithografie (SLA) findet häufig im Rapid Prototyping Anwendung. Die Einsatzgebiete sind breit gestreut, So nutzen wir als 3D Druck Dienstleister SLA zum Beispiel für das Anfertigen von funktionalen Prototypen, für die Gestaltung von Designstudien, funktionalen Prototypen oder etwa auch für die Herstellung von Präsentationsmodellen. Unabhängig vom Einsatzfeld zeichnet sich die Stereolithografie grundsätzlich durch das Generieren von hervorragenden Oberflächeneigenschaften sowie durch eine explizit hohe Genauigkeit aus.
Vom verfahrenstechnischen Grundprinzip her, setzt die Stereolithografie auf das selektive Aushärten eines Photopolymers mit Hilfe eines im 3D Drucker integrierten UV Lasers. Dieser Laser sorgt dafür, dass das photosensitive Ausgangsmaterial durch das UV Licht gezielt an den jeweils definierten Stellen polymerisiert. Bei einer Polymerisation handelt es sich um bestimmte Synthesereaktionen, die unterschiedliche oder auch gleichartige oder unterschiedliche Monomere in Polymere überführen.
Dabei wird schichtweise vorgegangen. Hat der 3D Drucker dabei eine Schicht komplett erstellt, widmet er sich erst der nächsten Schicht. Von der Methodik her verändert die Plattform ihre jeweilige Position, damit der 3D Drucker immer die nächsthöhere Schicht erstellen kann. Wichtig: Die Stereolithografie benötigt bei der Fertigung eines 3D Objekts grundsätzlich Supportstrukturen. Diese zusätzlichen Stützstrukturen sollen verhindern, dass mögliche Überhänge während des 3D Druckprozesses in der Flüssigkeit absinken.
Selektives Laser Sintern (SLS – Selective Laser Sintering)
Beim Selective Laser Sintering – auch als Selective Laser Melting (SLM) bezeichnet – wird Druckmaterial in Pulverform genutzt. Allerdings werden dabei die jeweiligen Layer im Gegensatz zum ähnlichen 3DP Verfahren aber nicht mit einem in flüssiger Form vorliegenden Klebstoff verbunden. Stattdessen erfolgt die Verschmelzung durch einen Hochleistungs-Laser (hier: CO2 Laser). Dieser Vorgang der Verschmelzung wird immer unter einer Schutzatmosphäre realisiert.
Der leistungsstarke Laser verschmelzt dann unter eben dieser Schutzatmosphäre die feinen Partikel des als Ausgangsmaterial verwendeten Pulverwerkstoffs. Dies geschieht durch das Scannen der Oberfläche einer Pulverschicht. Den Ausgangspunkt für den schichtweisen Aufbau eines 3D Modells bilden immer die bereitgestellten 3D CAD Daten. Neben Kunststoffen verarbeitet das Selektive Laser Sintern auch Materialien wie Keramiken Metalle und zum Beispiel Sand. SLS ist dabei prädestiniert für die Fertigung von stabilen bzw. hochfesten Objekten für Prüfvorgänge unterschiedlichster Art unter realen Bedingungen.
SLS eignet sich dabei grundsätzlich hervorragend für die Fertigung von hochgradig komplexen Geometrien, die sich auch bei kritischen Anwendungen als äußerst schlagfest präsentieren und über eine gute Temperaturresistenz sowie über eine explizit hohe chemische Beständigkeit verfügen. In der Praxis respektive im Rahmen von industriellen Anwendungen können Sie durch das Nutzen dieses Verfahrens erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen realisieren. Gerade für kleinere Produktionsmengen stellt das Selective Laser Sintering eine erstklassige 3D Druck Service Lösung dar.
Selektives Laser Schmelzen (SLM – Selective Laser Melting)
Das Selektive Laserschmelzen zählt zu den additiven bzw. generativen, werkzeuglosen Fertigungsverfahren für Materialien und Werkstoffe aus Metall. Das Selective Laser Melting wird im englischen Sprachraum auch als Additive Manufacturing (AM) bezeichnet. In Deutschland hat sich der Begriff 3D-Metalldruck als übergeordnete Bezeichnung etabliert. Bei diesem Verfahren muss das metallische Ausgangsmaterial in Pulverform vorliegen. Ein sogenannter Beschichter trägt das Metall in Pulverform dann auf eine Bauplattform auf.
Eine wichtige Aufgabe übernimmt dabei ein hochenergetischer Faserlaser. Denn dieser schmilzt das Pulver lokal auf, bevor es anschließend wieder erkaltet. Ein Scanner fungiert dabei als Spiegelablenkeinheit; er ist für die bedarfsgerechte Ablenkung des Laserstrahls und somit für die Bauteilkontur verantwortlich. Der Aufbau eines entsprechenden 3D Bauteils erfolgt schichtweise. In der Regel sind dabei Schichtstärken von 15 bis 500 µm möglich. Ist eine Schicht komplett fertig, senkt sich der Bauraumboden entsprechend ab und die nächste Schicht wird via Auftragung von Pulver und anschließendem bzw. erneutem Schmelzen produziert.
Dieser Ritus respektive Zyklus wird vom 3D Drucker dabei so lange wiederholt, bis letztendlich eine fertige 3D Geometrie entstanden ist. Aufbaubedingt kommen bei diesem Verfahren Stütz- bzw. Supportstrukturen zum Einsatz. Bei Bedarf arbeiten wir als 3D Druck Dienstleister das jeweilige Bauteil entsprechend der Vorgaben nach. Ob Wärmebehandlung oder Oberflächenfinish – alles ist möglich. Selektives Laserschmelzen erlaubt grundsätzlich eine höchst variable Herstellung von zum Beispiel von Prototypen und Einzelanfertigungen der Losgröße 1 bis hin zur Serienfertigung in der Industrie.
Poly Jet/ Material Jetting
Beim Poly Jet/ Material Jetting handelt es sich um ein präzises 3D Druck Verfahren mit großer Auswahl von unterschiedlichen Materialien. Mit dieser leistungsstarken 3D Druck Technologie können grundsätzlich glatte und detailreiche Bauteile, Prototypen sowie zum Beispiel auch Produktionshilfsmittel gefertigt werden. Aufgrund einer enormen Genauigkeit von bis zu 0,1 Millimeter und dank einer mikroskopischen Schichtauflösung lassen sich auch äußerst komplexe Geometrien und explizit dünne Wände herstellen.
Zusammengenommen bietet die Poly Jet Technologie eine qualitativ hochwertige Oberflächenglätte, eine außergewöhnliche Detailliertheit und eine hohe Präzision. So erstellen wir als 3D Druck Dienstleister zum Beispiel detaillierte Prototypen mit der Ästhetik des Endprodukts, präzise Formwerkzeuge, Montagevorrichtungen, Schablonen und andere Fertigungswerkzeuge. Zudem ist es im Rahmen unseres 3D Druck Service jederzeit möglich, eine große Bandbreite an Materialien und Farben in einem einzigen Modell zu kombinieren bzw. zu integrieren.
Pulver-Binder-Verfahren / Binder Jetting
Das Binder Jetting ist ein spezielles Pulver-Verfahren, bei dem auf die jeweilige Pulver-Schicht gezielt ein Bindemittel aufgetragen wird. Verteilt bzw. Aufgetragen wird dieses Bindemittel von den Druckköpfen, die dabei ähnlich arbeiten wie ein gewöhnlicher Tintenstrahldruckkopf. Als Baumaterial wird in der Regel Gips eingesetzt, aber im Laufe der Zeit sind weitere Materialien – wie zum Beispiel – Metall, Kunststoffe und Keramik in den Fokus gerückt. Allerdings sind die via Binder Jetting hergestellten Modelle nicht sehr stabil.
Zu einem guten 3D Druck Service gehört hier, dass das Modell in zusätzlichen Arbeitsgängen infiltriert wird, um auf diesem Wege eine Erhöhung der Festigkeit zu erzielen. Wenn farbige Bindemittel genutzt werden, ist es möglich, Modelle auch mehrfarbig auszudrucken. Stützstrukturen werden bei diesem Verfahren prinzipiell nicht benötigt. Stattdessen werden die jeweiligen Teile direkt vom nicht verklebten Pulver gehalten. Das pulverbasierte Verfahren Binder Jetting funktioniert dabei mit nahezu jedem Material, sofern es in Pulverform vorliegt.
Dabei lassen sich beispielsweise Grünteile herstellen, die dann mittels anderer Fertigungstechnologien weiterverarbeitet werden. So können Teile bzw. Modelle aus Materialien wie zum Beispiel Metall oder Keramik in einem Postprozess gezielt gesintert werden. Durch diesen Vorgang wird dann das Bindemittel ausgetrieben. In der Regel kommt es dabei zu einem unkontrollierten Schrumpfen des Modells bzw. des Objektes. Spezialisierte 3D Druck Dienstleister stellen mit diesem Verfahren zum Beispiel Prototypen in voller Farbe her, die insbesondere für Form- und Passtests verwendet werden. Auch Urmodelle für den Guss werden oftmals mit Binder Jetting hergestellt.
Digital Light Processing (DLP)
Beim 3D Druck Verfahren Digital Light Processing kommt ein Projektor zum Einsatz. Er ist dazu auserkoren, Photopolymer-Harze zu erhärten. Im Grunde genommen ähnelt DLP dem SLA, nur dass eben kein UV-Laser, sondern eine Dunkelkammerleuchte genutzt wird.
Die Objekte an sich werden dann allerdings genauso wie beim SLA Verfahren gefertigt. Zwei verschiedene Vorgehensweisen sind hier möglich. Zum einen können die Objekte einfach aus dem Harz herausgezogen werden, was Platz schafft für das nicht erhärtete Harz (jeweils am Boden des Behälters); so wird dann die nächste Schicht gebildet. Zum anderen gibt es auch die Option direkt am Boden des Behälters zu drucken, wobei die nächste Schicht dann oben liegt.
Teile oder Komponenten, die mit diesem 3D Druck Verfahren gedruckt werden, weisen – im Vergleich etwa zum FDM bzw. FFF Verfahren – weitaus weniger sichtbare Stufen respektive Schichten. Im Gegensatz zu SLA kann Digital Light Processing auch schneller drucken. Das liegt daran, dass in einem einzelnen digitalen Bild eine einzelne Schicht erstellt werden kann. Beim SLA Verfahren scannt der UV-Laser dagegen das jeweilige Objekt mit einem einzigen Punkt.
Ähnlich wie die Stereolithografie wird DLP oftmals verwendet, um nicht-funktionelle Prototypen oder sehr detaillierte Kunstwerke zu erstellen. Außerdem werden via Digital Light Processing spezielle Formen für Feingussanwendungen hergestellt. DLP bietet dabei grundsätzlich eine hohe Genauigkeit und verfügt über eine präzise Lichtsteuerung. Allerdings lassen sich die benötigten Stützkonstruktionen im Vergleich zu anderen 3D Druck Fertigungserfahren nur äußerst aufwendig entfernen.