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Verschiedene Verfahren im 3D Druck

Die Produktion des Bauteiles kann nach verschiedenen Möglichkeiten erfolgen. Dazu zählen das Freiraumverfahren, das Flüssigverfahren und das Pulverschicht-Verfahren. Die unterschiedlichen Fertigungs-Methoden haben wir nachfolgend genauer erklärt.



Druckverfahren - das sind die Unterschiede

Freiraumverfahren

Das Freiraum-Verfahren wird auch als Fused Deposition Modeling (FDM) bzw. Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet. Dabei wird das Druckmaterial, Filament genannt, in Drahtform einer beheizten Düse (Extruder) zugeführt.


Flüssigverfahren

Bei der Stereolithographie (SLA) wird mit flüssigem Harz oder flüssigen Kunststoffen gearbeitet, die unter Hitzeeinwirkung bzw. UV-Licht aushärten. Mit einem Laser wird die Flüssigkeit im Vorratsbehälter punktuell bestrahlt und dadurch verfestigt.


Selektives Lasersintern (SLS)

Das Ausgangsmaterial bei diesem Druckverfahren ist ein feines Pulver aus Kunststoff, kunststoffbeschichteter Formsand, Metall oder Keramik. Dieses Pulver wird in einer dünnen Schicht über der Druckplatte ausgebracht. Ein Laserstrahl schmilzt dann das Pulver an bestimmten Stellen, wodurch es fest wird. Anschließend wird die nächste Pulverschicht aufgetragen und per Laserstrahl mit der darunter liegenden Schicht verbunden. Nach der Fertigstellung muss das 3D-Objekt vom umgebenden Pulver befreit werden.


Selektives Laserschmelzen (SLM)

Das selektive Laserschmelzen erfolgt nach dem gleichen Prinzip wie das selektive Lasersintern. Allerdings wird beim Laserschmelzen nicht mit Kunststoffpulver, Sand oder Keramik gearbeitet. Es wird ausschließlich Metallpulver verwendet. Die gefertigten Bauteile haben eine hohe spezifische Dichte, die bei über 99% liegt. Dadurch haben die Bauteile die gleichen mechanischen Eigenschaften wie der Grundwerkstoff. Es können aber auch Bauteile mit selektiven Dichten hergestellt werden, die im Leichtbau für Luft- und Raumfahrt oder bei Implantaten erforderlich ist.



3D Drucker - Unsere Produktempfehlungen



Unser Praxistipp: Hinweis zu Stützstrukturen

Beim FDM- und SLA-Druckverfahren ist es nicht möglich, beim schichtweisen Aufbau „ins Leere“ zu drucken. Wenn Überhänge gedruckt werden sollen, müssen von unten kommende Stützstrukturen eingebaut werden. Diese Stützstrukturen werden später am fertigen 3D-Objekt wieder entfernt. Im Gegensatz dazu sind beim SLM- und SLA-Druckverfahren keinerlei Stützstrukturen erforderlich. Das nicht vom Laser beleuchtete und somit lose Pulver übernimmt die stützende Funktion.



Übersicht der gängigsten 3D Druckverfahren

Additive Druckverfahren Geeignete Materialien für den Druck
Polyjet-Modeling und Fused Deposition Modeling (FDM, auch Fused Filament Fabrication, FFF)  Thermoplastische Kunststoffe mit und ohne Zusatzstoffe
Stereolithografie (SLA) und Digital Light Processing (DLP) Flüssige Kunstharze
Selektives Lasersintern (SLS)
Polymere, Keramik, Metalle
Selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen Metalle

Weitere Druckverfahren sind Multijetfusion (MJF), bei dem die Schichten aus Polyamidpulver mit wärmeleitenden und thermisch hemmenden Flüssigkeiten punktuell benetzt werden. Unter der Einwirkung einer UV-Lampe verfestigen sich dann die Bereiche mit der thermisch leitenden Flüssigkeit.

Beim Pulverdruck-Verfahren (3DP) wird ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker mit farbigen Flüssigkeiten gearbeitet, die mit dem Bindemittel in der Pulverschicht reagieren und das Pulver verfestigen. 

Ein 3D Drucker, der nach dem Polyjetverfahren bzw. nach dem Multi-Jet-Modeling (MJM) arbeitet, hat einen Druckkopf mit vielen kleinen Düsen, aus denen Photopolymer-Materialien punktgenau aufgetragen werden. Die Aushärtung erfolgt danach durch UV-Licht.



FDM- und SLA-Drucker im Vergleich

Die wohl gängigsten Drucker, die sowohl in Betrieben als auch im privaten Bereich eingesetzt werden, sind FDM- Drucker und SLA-Drucker. Aus diesem Grund möchten wir Ihnen die beiden Drucker-Varianten genauer vorstellen.

FDM-Drucker

Beim Schmelzschichtverfahren werden verschiedene thermoplastische Kunststoffe (Filamente) eingesetzt. Die gängigsten Filamente sind PLA, ABS, PETG, Nylon, TPE und Polycarbonate. Durch Zusatz von unterschiedlichen Materialien wie Carbon, Glasfasern, Metallpartikeln, Ton oder sogar Holz werden dem gedruckten 3D Objekt die gewünschten Eigenschaften verliehen.

Wenn der 3D Drucker über zwei Extruder verfügt, können zweifarbige Objekte gedruckt oder die Stützkonstruktion mit einem wasserlöslichen Filament angefertigt werden. Nach der Fertigstellung muss das Druckobjekt lediglich eine gewisse Zeit in ein Wasserbad gelegt werden, um die Stützstruktur schonend zu entfernen.

Die maximale Größe eines druckbaren Objektes hängt vom Druckraum ab. Der Druckraum wiederum ist davon abhängig, wie weit der Druckkopf und das Druckbett seitlich und in der Höhe ausgelenkt werden können. Wenn die Größe des fertigen Objektes das Volumen des Druckraumes übersteigt, müssen einzelne Teilkomponenten gedruckt und diese anschließend zusammengefügt bzw. verklebt werden. Dadurch ist es problemlos möglich, ein ferngesteuertes Modellflugzeug mit einer Spannweite von über einem Meter herzustellen.


SLA-Drucker

Ein SLA-Drucker verfügt über eine Wanne, in der sich flüssiges Harz (Resin) oder flüssige Kunststoffe befinden. Mit der Energie eines Lasers wird die Flüssigkeit punktuell bestrahlt, wodurch sie sich verfestigt. Auch hier erfolgt der Aufbau wieder schichtweise.

Um ausreichend hohe 3D Objekte drucken zu können, muss der Drucker über einen großen Flüssigkeitsbehälter verfügen, der entsprechend viel Flüssigkeit aufnimmt. Dies ist jedoch nur dann notwendig, wenn die Lasereinheit über dem Behälter positioniert ist. Darum gehen einige Hersteller den umgekehrten Weg. 

Die Druckplatte, auf der das Objekt aufgebaut wird, fährt von oben in das Tauchbad und die Belichtung per Laser erfolgt von unten. Nach der ersten Schicht wird die Bodenplatte nach oben angehoben und die nächste Schicht erstellt. Das Druckobjekt wird in diesem Fall von unten nach oben aber kopfüber hängend aufgebaut. Dadurch ist die druckbare Höhe wesentlich größer als die Wannentiefe. Trotzdem eigen sich SLA-Drucker eher für kleinere, aber extrem detaillierte 3D Objekte.

Zum besseren Vergleich haben wir die Vorteile und Nachteile der beiden Drucker-Varianten FDM und SLA übersichtlich gegenübergestellt:


3D Drucker Vergleichstabelle

Typ Vorteile Nachteile
FDM-Drucker - Kostengünstig
- Widerstandsfähige Bauteile
- Großer Druckraum
- Keine umfangreiche Reinigung erforderlich
- Oberfläche mit Riefenstruktur
- Mittlere Fertigungsgenauigkeit
- Stützstrukturen erforderlich
SLA-Drucker - Detaillierte Oberfläche
- Hohe Fertigungsgenauigkeit
- Transparente Bauteile möglich
- Nur für UV-härtbare Kunststoffe
- Langsamer Fertigungsprozess
- Nur einfarbige Druckobjekte
- Stützstrukturen erforderlich
- Aufwändige Reinigung notwendig
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