3D-Drucker und 3D-Druck: Technologien, Prozesse und Techniken

3D-Druck oder auch additive Fertigung bezeichnet. Dieser Begriff beschreibt ziemlich genau die Funktion der Technologie, um Objekte zu erzeugen. „Additiv“ bezieht sich dabei auf die sukzessive Zugabe von dünnen Schichten zwischen 16 und 180 Mikron oder auch mehr, um ein Objekt zu erstellen. In der Tat sind alle 3D-Drucktechnologien ähnlich, da sie ein Objekt schichtweise kreieren und somit komplexe Formen schaffen.


Wie funktioniert der 3D-Druck?


Es gibt 3 Hauptschritte beim 3D-Druck.

Der erste Schritt ist die Vorbereitung vor dem Druck, bei dem Sie eine 3D-Datei des Objekts, das Sie drucken möchten designen.  Diese 3D-Datei kann mit einer CAD-Software erstellt werden, mit einem 3D-Scanner gescannt oder einfach von einem Online- Marketplatz heruntergeladen werden. Nachdem Sie überprüft haben, dass Ihre 3D-Datei druckbar ist, können Sie mit dem zweiten Schritt fortfahren.

Der zweite Schritt ist der eigentliche Druckprozess.  Zunächst wählen Sie das Material, am besten anhand der spezifischen Eigenschaften, die Ihr Objekt benötigt. Die Vielfalt der im 3D-Druck verwendeten Materialien ist sehr breit. Es umfasst Kunststoff, Keramik, Harz, Metall, Sand, Textilien, Biomaterialien, Glas, Lebensmittel und sogar Mondstaub! Die meisten dieser Materialien ermöglichen auch die Möglichkeit eines Finishes, damit Sie das genaue Designergebnis erzielen, das Sie sich vorgestellt haben. Andere wiederum, wie beispielsweise Glas, sind noch in der Entwicklung und schwerer zugänglich.

Der dritte Schritt ist das Finish. Dieser Schritt erfordert spezifische Fähigkeiten und Materialien. Wenn das Objekt zuerst bedruckt wird, kann es oft nicht direkt verwendet oder ausgeliefert werden, bevor es geschliffen, gefärbt oder lackiert wurde.

Das gewählte Material bestimmt in der Regel das Druckverfahren. Wir zeigen Ihnen nun die am häufigsten verwendeten Techniken je Material. 

Sie möchten Kunststoff oder Alumide haben



  • Fused Deposition Modeling (FDM): ist am Anfang der Entwicklung und wird vor allem von Privatpersonen verwendet. Anhand der Anzahl der Drucker auf dem Markt gemessen, ist es wahrscheinlich die beliebteste Druckmethode. FDM ist im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien ein erschwingliches 3D-Druckverfahren. Es funktioniert, indem Material geschmolzen und durch eine Düse extrudiert wird, die einen Querschnitt des Objekts schichtweise druckt. Das Druckerbett senkt sich für jede neue Ebene und dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Objekt fertiggestellt ist. Die Schichtdicke bestimmt die Qualität des 3D-Drucks. Einige FDM-3D-Drucker verfügen über zwei oder mehr Druckköpfe, die in mehreren Farben drucken können und Supports für Übergänge eines komplexen 3D-Drucks erstellen..


  • Selektives Lasersintern (SLS): SLS ist eine 3D-Drucktechnik, die ein Objekt druckt, indem ein Laser aufeinanderfolgende Pulverschichten verschmilzt. Der Prozess erleichtert insbesondere die Kreation komplexer und ineinandergreifender Formen. Es ist für Kunststoff und Alumide erhältlich.


Zum Vergleich dieser beiden Technologien, schauen Sie sich unseren Vergleich FDM vs. SLS an.

Sie möchten Kunstharz oder Wachs haben

PolyJet and MultiJet

Die Technologie, die Sie benötigen, ist die Photopolymerisation, eine Technik, die lichtempfindliches Harz mit Hilfe eines UV-Lichts verfestigt. Verschiedene 3D-Druckverfahren wenden es an:


  • Stereolithographie (SLA): nutzt eine Wanne mit lichtaushärtendem Photopolymerharz. Die Bauplatte sinkt in kleinen Schritten ab und das flüssige Polymer wird Licht ausgesetzt, wo der UV-Laser einen Querschnitt schichtweise druckt. Der Vorgang wird solange wiederholt, bis ein Modell erstellt ist. Das Objekt wird durch Ziehen aus dem Harz (unten nach oben) gedruckt, wodurch Platz für das flüssige Harz am Boden des Behälters geschaffen wird und die nächste Schicht des Objekts bilden kann. Eine weitere Methode ist, 3D-Objekte zu drucken, indem man es nach unten in den Tank zieht, wobei die nächste Schicht auf der Oberseite gehärtet wird.


  • Digital Light Processing (DLP): ein Projektor wird verwendet, um Photopolymerharz zu härten. Dies ist dem SLA-Verfahren sehr ähnlich, mit dem Unterschied, dass anstelle der Verwendung eines UV-Lasers zum Aushärten des Photopolymerharzes, ein Sicherheitslicht (Glühbirne) verwendet wird. Objekte werden ähnlich wie beim SLA erzeugt, indem das Objekt entweder aus dem Harz herausgezogen wird, wodurch Platz für das flüssige Harz am Boden des Behälters geschaffen wird und die nächste Schicht des Gegenstandes gebildet wird oder in den Tank hinunter, wobei die nächste Schicht oben aushärtet.  
    Sculpteo nutzt die DLP-Technologie für Silber- und Messing-3D-Druck. Wir drucken zuerst ein Wachsmodell und verwenden eine Wachsausschmelztechnik: eine Form wird um das Wachs gestellt, bevor es geschmolzen und mit Silber gefüllt wird, wodurch Ihr Objekt entsteht.

  • Continuous Liquid Interface Production (CLIP): arbeitet durch Projizieren einer kontinuierlichen Folge an UV-Bildern, die ein digitaler Lichtprojektor erzeugt und durch ein sauerstoffdurchlässiges, UV-transparentes Fenster unter einem flüssigen Harzbad projiziert. In der untersten Schicht, der sogenannten „dead zone“ wird mittels Sauerstoff der weitere Aufbau des Objekts ermöglicht, das kontinuierlich aus dem Becken nach oben gezogen wird.


  • MultiJet Drucker: Ähnlich der Stereolithographie verwenden die hochwertigen PolyJet- und MultiJet-3D-Druckverfahren ein UV-Licht, um ein Photopolymer zu vernetzen. Jedoch spritzt ein Druckerstrahl winzige Tröpfchen des Photopolymers (ähnlich wie Tinte in einem Tintenstrahldrucker), um Schichten zu härten. Die am Druckkopf angebrachte UV-Lampe vernetzt das Polymer und verriegelt die Form der Schicht. Die Bauplattform sinkt sich um eine Schichtdicke ab und weiteres Material wird direkt auf die vorhergehende Schicht aufgebracht.


Sie möchten Metall haben

  • DLP: ermöglicht mit der Wachsausschmelztechnik das Drucken von Objekten in 3D. Sculpteo nutzt die DLP-Technologie für Silber -und Messing -3D-Druck. Wir drucken zuerst ein Wachsmodell und verwenden eine Wachsausschmelztechnik: eine Form wird um das Wachs gestellt, bevor es geschmolzen und mit Silber gefüllt wird, wodurch Ihr Objekt entsteht.


  • Direct Metal Laser Sintering (DMLS): nutzt einen Laser als Energiequelle, um Metallpulver zu sintern, indem der Laser das Metall schichtweise sintert. DMLS ist ähnlich dem selektiven Lasersinterverfahren.


  • Electron Beam Melting (EBM):  verwendet einen Elektronenstrahl anstelle eines Lasers als Energiequelle. Ein Elektronenstrahl schmilzt Metallpulver schichtweise innerhalb eines Hochvakuums und kann ein vollständiges Schmelzen des Metallpulvers erreichen. Dieses Verfahren kann hochdichte Metallteile erzeugen, wodurch die Materialeigenschaften erhalten bleiben.


Sie möchten Multicolor haben




  • Binder Jetting ist beliebt, da Sie detaillierte 3D-Drucke in Farbe erstellen können. Eine automatisierte Walze wird verwendet, um eine Pulverschicht auf die Plattform zu verteilen. Überschüssiges Pulver wird zu den Seiten geschoben und stellt sicher, dass das Bett mit einer Schicht Pulver gefüllt ist. Auf einer schnellen Achse legen die Druckköpfe gleichzeitig ein flüssiges Bindemittel auf und färben gleichzeitig, um einen Querschnitt des Objekts auf dem Pulver zu erzeugen.


  • Selective Deposition Lamination ist ein 3D-Druckverfahren mit Papier. Dieser Vorgang ähnelt der Rapid Prototyping Methode Laminated Object Manufacturing (LOM). Das Verfahren bildet Schichten mit Klebstoff und beschichtetem Papier (oder Kunststoff- oder Metalllaminaten), die nacheinander mit einer beheizten Walze zusammengeklebt und mit einem Laserschneider schichtweise zugeschnitten werden. Eine Rolle mit dem Material bewegt jedes neue Material über die letzte Schicht und wiederholt den Vorgang, bis das Objekt fertiggestellt ist.


  • Triple-jetting Technologie (PolyJet) eingesetzt im Stratasys Objet500 Connex3 ist die modernste Methode des PolyJet 3D-Drucks. Diese Technologie ermöglicht ein präzises Bedrucken mit drei Materialien und dies ermöglicht eine dreifarbige Vermischung. Sie können mehr über diese Technologie erfahren: PolyJet & Multijet.


3D-Drucktechniken im Vergleich

Technologie Additiver Fertigungsprozess Vorteile Nachteile Material auf Kunststoffbasis Metall oder Messing Kunstharz  Mehrfarbig
Fused Deposition Modelling Extrusion Starke Teile
Einfach, selbst zu drucken
Wenig Finshes und langsam
Support ist notwendig
Ja
Selective Laser Sintering Pulverbett Fusion Kein Support erforderlich
Hohe Wärme- und Chemikalienbeständigkeit
Sehr schnell
Präzision hängt von Partikelgröße des Kunststoffs ab
Raue Oberfläche
Ja
Direct Metal Laser Sintering Pulverbett Fusion Hochdichte Bauteile
Komplexität
Finish ist obligatorisch Ja
Electron Beam Melting Pulverbett Fusion Gute Druckgeschwindigkeit
Wenig Verformung
Benötigt Finish
Vorsicht beim Umgang mit Röntgen
Ja
Stereolithographie Photopolymerisation Komplexe Geometrien
Detaillierte Teile
Glatte Oberfläche
Nachbearbeitung erforderlich
Support notwendig
Ja
Digital Light Processing Photopolymerisation Gleichzeitige Produktion
komplexer Formen und Größen
Hohe Präzision
Limitierte Stärke
Eingeschränktes Materialangebot
Ja
Continuous Liquid Interface Production Photopolymerisation Gleichzeitige Produktion
komplexer Formen und Größen
Hohe Präzision
Limitierte Stärke
Große Auswahl an Harzen, die unterschiedliche Eigenschaften simulieren
Ja
Multijet und Polyjet Material Jetting Gute Präzision
Gute Oberflächen
Verwendung von mehreren Materialien und Farben
Kein Entfernen von Support
Langsamer Bauvorgang Ja Ja
Binder Jetting Jetting Günstig
Farbdrucke sind möglich
Sehr schnell
Eingeschränktes Materialangebot
Fragile Teile
Ja
Selective Deposition Lamination Laminieren von Papier Günstig
Ohne toxische Materialsien
Schnelle Herstellung großer Teile
Wenig Präzision
Inhomogene Teile
Ja

Zusammenfassung

Die Liste der 3D-Drucktechnologien und -prozesse wächst weiter, da sich der 3D-Druck ständig ändert. Die 3D-Druckindustrie setzt weiter auf Innovationen in Hardware sowie Materialien und Prozessen zur Herstellung von Objekten oder Teilen. Abhängig von vielen Faktoren wie Budget, Design oder Funktion ist die Auswahl des geeigneten 3D-Druckprozesses sowie das richtige Material wichtig. 3D-Druck kann viele verschiedene Objekte herstellen, die bisher nur durch Massenfertigung hergestellt wurden.

Online 3D-Druckdienstleister, wie Sculpteo existieren aufgrund der Komplexität, der Zeit und der Fähigkeiten, die für 3D-Druck und Finish erforderlich sind. Diese Komplexität kann Menschen daran hindern, diese wunderbare Technologie zu nutzen. Wir bei Sculpteo geben unser Wissen gerne weiter, um jedem, der Zugang zu 3D-Druck und additive Fertigung möchte, zu ermöglichen.




×