3D-Drucktechniken:Verschiedene Arten des 3D-Drucks

Der 3D-Druck ist eine beliebte und vielseitige Technik, die eine Fülle von Anwendungen und Vorteilen bietet. Der Begriff ist gleichbedeutend mit additiver Fertigung, die ein Überbegriff für alle 3D-Drucktechniken ist. Additive Fertigungseinheiten bauen jedes Teil Schicht für Schicht auf und bringen eine lange Liste von Vorteilen auf den Tisch.

Darüber hinaus können Sie mit all den verschiedenen Arten von 3D-Drucktechniken zwischen Materialtypen wählen und die richtige Kombination aus Oberflächenbeschaffenheit, Haltbarkeit, Geschwindigkeit und Kosten erhalten. Dieser Artikel wirft einen Blick auf die gängigen Methoden des 3D-Drucks und erklärt, wie sie funktionieren, damit Sie die beste Wahl für Ihr Projekt treffen können.

Additive Fertigung:Ein kurzer Überblick

Additive Fertigung ist wie gesagt der Oberbegriff, der alle Verfahren des 3D-Drucks beschreibt. Jede 3D-Drucktechnik verwendet ein CAD-Design von einem Computer und baut die präzise geometrische Form in Schichten auf. Daher kommt auch der Name additive Fertigung. Im Gegensatz zu dieser Technologie müssen Sie bei traditionellen Techniken im Allgemeinen überschüssiges Material entfernen, um die gewünschten Formen zu erstellen.

Am Anfang waren bestimmte Thermoplaste die einzigen geeigneten Materialien für den 3D-Druck. Dies schränkte die Anwendungsmöglichkeiten des Konzepts ein, da Kunststoffe nicht die notwendigen physikalischen Eigenschaften für viele Hochleistungsindustrien aufweisen. Die Situation hat sich jedoch mit der Zeit verbessert, da verschiedene Techniken die Verwendung anderer Materialien wie Metalle, Keramik und sogar organischer Materialien ermöglichten.

Schon damals gehören Thermoplaste heute zu den beliebtesten Materialien für 3D-Drucktechnologien. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymilchsäure (PLA), Polycarbonat (PC) und Polyvinylalkohol (PVA) gehören aufgrund ihrer Vielseitigkeit und geeigneten Eigenschaften zu den am häufigsten verwendeten Materialien in verschiedenen Branchen.

Arten von 3D-Drucktechniken

1 – Binderdüsen

Binder Jetting ist eine einfache Methode des 3D-Drucks, die auf einem industriellen Bindemittel beruht, um verschiedene Schichten eines Teils zu verbinden. Beim Binder Jetting ist der Input das Schlüsselmaterial in Pulverform, das der Drucker mit einer dünnen Schicht eines Bindemittels aufträgt.

Darüber hinaus funktioniert das Verfahren mit Materialien wie Sand, einigen Polymeren, Metallpulvern und keramischen Metallverbindungen. Dies gehört zu den kostengünstigen 3D-Druckverfahren, mit denen große Mengen bei geringer Durchlaufzeit produziert werden können.

Darüber hinaus haben die Designflexibilität und die hervorragende Farbwiedergabe sowie die Maßgenauigkeit von 0,2 mm (Metall) ihren Preis. Die mechanischen Eigenschaften Ihrer Ergebnisse werden nicht so gut sein, wodurch diese Technik nur auf Anwendungen mit geringer Intensität beschränkt ist. Einige der häufigsten Anwendungen von Binder Jetting sind beispielsweise:

• Metallteile
• Realistische Modelle
• Kostengünstige Prototypen
• Sandgussformen

2 – Materialstrahlen

Eine weitere beliebte Wahl unter den Arten der 3D-Drucktechnologie ist das Material-Jetting-Verfahren. In diesem Fall verwendet der 3D-Drucker verflüssigte Materialtröpfchen, um jede Schicht aufzubauen.

Eine Sache, die diesen Prozess einzigartig macht, ist die Möglichkeit, verschiedene Arten von Materialien auf einem einzigen Objekt zu verwenden. Als Ergebnis können Sie Teile mit gemischten Farben und Texturen herstellen, die Ihnen ein individuelles ästhetisches Aussehen des Endprodukts verleihen können.

Im Allgemeinen ist Photopolymerharz das einzig praktikable Material für diese Art von 3D-Druckverfahren. Es liefert die detaillierteste und beste Oberflächengüte mit einer Maßgenauigkeit von 0,1 mm, aber die Teile sind aufgrund ihrer schwachen Eigenschaften und Sprödigkeit nicht für mechanische Anwendungen geeignet.

Hier sind einige der häufigsten Anwendungen des Material-Jetting-Verfahrens:

• Ästhetische Prototypen
• Spritzguss-Prototypen
• Erarbeiten Sie medizinische Modelle
• Gestalten Sie Präsentationen

3 – Materialextrusion

Die Extrusion ist ein gängiger industrieller Prozess, bei dem Sie jedes Material in der Nähe seines Schmelzpunktes durch eine kleinere Öffnung zwingen. Auch die 3D-Drucktechnik funktioniert nach dem gleichen Prinzip. In den meisten Fällen werden beim Extrusionsprozess Kunststoffe und Verbundfilamente verwendet. Beispielsweise sind PLA, ABS, PET, Kohlefaser und andere Materialien weit verbreitet.

Während des Prozesses werden Materialien durch eine kleine Düse gedrückt, die sie bis zum Schmelzpunkt erhitzt, und auf einem vorbestimmten Weg abgeschieden, der eine Schicht bildet.

Der Vorgang wiederholt sich mehrmals, bis Sie den gesamten Teil abgeschlossen haben. Heutzutage können Sie extrudierte Biomaterialien, essbare Gegenstände und eine Vielzahl anderer Materialien verwenden, aber PLA, ABS und andere Kunststoffe sind am gebräuchlichsten.

Die Materialextrusion ist bei weitem die kostengünstigste 3D-Drucktechnik mit anständiger Genauigkeit und Vielseitigkeit. Aus diesem Grund werden Sie feststellen, dass die meisten heimischen 3D-Drucker diese Art von 3D-Drucktechnologie verwenden, da sie häufiger und einfacher zu handhaben ist.

Hier sind einige der häufigsten Anwendungen der Materialextrusion im 3D-Druck:

• Elektronikgehäuse
• Formbetont
• Befestigungen
• Feingussmuster

4 – Küpenpolymerisation

Dies ist ein einzigartiges 3D-Druckverfahren, bei dem eine Lichtquelle zum Aushärten eines Photopolymerharzes verwendet wird. Das dafür geeignete Material ist nur Photopolymerharz, das in vielen Farben und Formen erhältlich ist. Dieses Verfahren erzeugt eine außergewöhnliche Oberflächengüte und ermöglicht aufwändige und komplexe Geometrien.

Die Küpenpolymerisationstechnik wird oft weiter in mehrere Typen charakterisiert. Hier sind die drei wichtigsten:

• Stereolithographie (SLA)
• Digitale Lichtverarbeitung (DLP)
• Maskierte Stereolithographie (MSLA)

Darüber hinaus werden auch mehrere andere Formen erforscht, die die Anwendung und Vielseitigkeit dieser Technik weiter verbessern. Das Grundkonzept ist ähnlich. Der Unterschied zwischen all diesen Formen ist jedoch die Lichtquelle, die tatsächlich eine wesentliche Rolle beim Aushärtungsprozess spielt.

Beispielsweise sind einige der häufigsten Anwendungen, bei denen Sie den 3D-Druck mit Wannenpolymerisation verwenden, unten aufgeführt:

• Spritzgussformen
• Polymer-Prototypen
• Präsentationen entwerfen
• Zahnärztliche Vorrichtungen
• Medizinische Teile
• Schmuckindustrie 

5 – Pulverbettfusion

Dies ist eine der fortschrittlichsten Arten des 3D-Drucks mit viel Potenzial in vielen High-End-Anwendungen. Beim Pulverbettschmelzen wird eine Wärmequelle auf einen kleinen Bereich fokussiert, um eine Verschmelzung zwischen Materialschichten in ihrer Pulverform zu induzieren.

Das Verfahren funktioniert beispielsweise bei den meisten Thermoplasten, Keramiken und Metallen und liefert eine außergewöhnliche Maßgenauigkeit von 0,3 %. Einige der gängigen 3D-Druckverfahren sind Selektives Lasersintern (SLS), Selektives Laserschmelzen (SLM), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) und Multi Jet Fusion (MJF), um nur einige zu nennen.

Um dies zu veranschaulichen, sind hier einige gängige Anwendungen, die auf der Pulverbettfusionstechnik beruhen:

• Funktionale Metallteile
• Kleinserienfertigung
• Hohle Designs

6 – Direkte Energiedeposition

Direct Energy Deposition ist eine 3D-Drucktechnik, die keine Stützstruktur benötigt und gleichzeitig arbeitet, um die Schichten abzuscheiden und auszuhärten. Darüber hinaus stützt sich die Technik entweder auf einen Elektronenstrahl, einen leistungsstarken Laser oder ein Plasma, um Material in der Nähe seines Schmelzpunkts hoch zu energetisieren, um die Schichten aufzubauen.

Die Anwendungen von DED beschränken sich nicht nur auf das Bauen von Dingen. Der einzigartige Prozess repariert Objekte und dort werden Sie ihn im Allgemeinen häufiger sehen.

Die gebräuchlichsten Arten von Prozessen sind LENS, EBAM, Cold Spray und andere. Darüber hinaus ist das DED-Verfahren nur auf Metalle beschränkt und funktioniert sowohl mit Drähten als auch mit Pulvern gut. Sie müssen jedoch viel Geld für die Nachbearbeitung ausgeben, was sie für viele Branchen nicht zu einer praktikablen Option macht.

Einige der häufigsten Anwendungen von DED sind beispielsweise:

• Reparatur von High-End-Komponenten
• Funktionale Prototypen

7 – Blechlaminierung

Wie der Name schon sagt, ist die Blechlaminierung eine Technik, bei der extrem dünne Metallbleche übereinander gestapelt werden, um ein 3D-Objekt herzustellen. Dieses Verfahren ist jedoch ziemlich ungenau, führt jedoch zu äußerst schnellen und wirtschaftlichen Ergebnissen. Dadurch werden begrenzte Möglichkeiten für funktionale Anwendungen präsentiert.

Im Allgemeinen verwendet das Blechlaminierungsverfahren Papier, Polymer oder dünne Metallbleche für dieses Verfahren. Die gebräuchlichsten Verarbeitungstechnologien sind Laminated Object Manufacturing (LOM) und Ultrasonic Consolidation (UC), die viel Abfall produzieren und eine weitere Verarbeitung des Teils vor der Verwendung erfordern.

Einige der häufigsten Anwendungen des Blechlaminierungsprozesses sind:

• Nicht funktionsfähige Prototypen
• Bewertung der Durchführbarkeit des Entwurfs
• Präsentationsmodelle
• Mehrfarbige Drucke
• Gießformen

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Häufige Anwendungen des 3D-Drucks

3D-Druck wird oft mit Rapid Prototyping in Verbindung gebracht und das zu Recht. Es ist heute eine der häufigsten Anwendungen dieser Technologie. Die Methoden des 3D-Drucks haben sich jedoch mit der Zeit weiterentwickelt und decken heute mehrere neue Bereiche ab.

Heutzutage sind verschiedene 3D-Drucktechniken für mehrere Industriezweige unerlässlich. Hier sind einige der Bereiche, in denen 3D-Druckverfahren eine wesentliche Rolle spielen, um Innovation und Wachstum voranzutreiben.

1 – Luft- und Raumfahrt

Der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungssektor hat einen Löwenanteil, wenn es um die Anwendung des 3D-Drucks auf seine Prozesse geht. Beispielsweise übersteigt der Markt für 3D-Druckarten im Luft- und Raumfahrtsektor 10,4 Milliarden US-Dollar und wächst mit der Zeit weiter.

Darüber hinaus ist Rapid Prototyping nicht die einzige praktische Anwendung verschiedener 3D-Druckverfahren in der Luft- und Raumfahrt. Angefangen bei Werkzeugen über die Entwicklung von Leichtbauteilen bis hin zu Strukturelementen von Flugzeugen trägt die Technologie weiterhin zur Materialeffizienz bei. Daraus ergeben sich mehr Möglichkeiten zur Senkung der Gesamtkosten ohne Qualitätseinbußen.

2 – Automobil

Der Automobilsektor ist das nächste große Ding, wenn es um die potenziellen Anwendungen von 3D-Drucktypen im Massenmaßstab geht. Die weltweite Nachfrage nach verschiedenen Arten des 3D-Drucks steigt weiterhin exponentiell und Experten glauben, dass dies der Luft- und Raumfahrtindustrie in naher Zukunft einen harten Wettbewerb um einen Spitzenplatz bescheren wird.

Darüber hinaus fällt die Entwicklung neuer 3D-Drucktechnologietypen mit der steigenden Nachfrage nach stromlinienförmigeren Autos und leichten Komponenten zusammen. Ebenso können traditionelle Fertigungsansätze mit den aktuellen Anforderungen der Branche nicht Schritt halten, und 3D-Druck scheint die nächste Antwort zu sein.

Heute ist Rapid Prototyping die vorherrschende Anwendung in diesem Sektor, aber die Zukunft ist wirklich spannend mit Potenzial für eine schnellere Produktentwicklung und mehr Designflexibilität.

3 – Gesundheitswesen

Ein weiterer ausgezeichneter Weg, auf dem der 3D-Druck eine wichtige Rolle im Gesundheitswesen spielt. Beispielsweise erfordern fortschrittliche Geräte, Prothesen, Implantate und andere persönliche Gesundheitsgeräte Flexibilität und Anpassung. Glücklicherweise sind verschiedene Arten von 3D-Druckverfahren eine perfekte Lösung, um den dynamischen Anforderungen dieser Branche gerecht zu werden.

Eine weitere wichtige Anwendung von 3D-Drucktechniken ist der Biodruck. Beispielsweise arbeiten Forscher heute daran, Stammzellforschung und 3D-Druck zu kombinieren, um künstliche Organe herzustellen. Dies ist eine wichtige Forschung, die Leben retten und die mit Transplantationen verbundenen Risiken verringern kann, da das Biomaterial mit den Zellen des Patienten identisch ist.

4 – Industrielle Prozesse

Alle 3D-Druckarten sind nicht nur integraler Bestandteil bestimmter Industriezweige wie Luft- und Raumfahrt und Gesundheitswesen, sondern spielen auch in vielen allgemeinen industriellen Prozessen eine Rolle. Zur Veranschaulichung helfen Rapid Prototyping, Tooling und andere Anwendungen Unternehmen dabei, ihre Effizienz aufrechtzuerhalten, Flexibilität zu erreichen und die Gesamtkosten zu senken.

5 – Konsumgüter

Verbraucherorientierte Branchen erfordern eine sorgfältige Planung und Flexibilität, um sicherzustellen, dass eine bestimmte Marke oder ein bestimmtes Produkt die erste Wahl auf dem Markt bleibt. Das bedeutet neue ergonomische Designs und ungewöhnliche Formen, die mit traditionellen Bearbeitungstechniken oft nicht zu liefern sind.

Darüber hinaus gehört der 3D-Druck für die Massenproduktion zu den erfolgreichsten Möglichkeiten, moderne Anforderungen durch die Kombination von Funktionalität und Ästhetik zu erfüllen. Angefangen von der Produktentwicklung bis hin zu Tests, Prototyping und Endproduktion. Dadurch wird der 3D-Druck im Konsumgüterbereich immer beliebter.

Warum ist 3D-Druck die bessere Wahl?

Sie können keiner Technologiebranche angehören und nicht von allen Vorteilen erfahren, die der 3D-Druck bietet. Die Menge an vielseitigen Anwendungen, die der 3D-Druck bietet, hat zu seiner wohlverdienten Popularität beigetragen.

Darüber hinaus kann Sie jeder Technikbegeisterte über die Leichtigkeit informieren, mit der es die Herstellung hochentwickelter Teile mit wenig bis gar keinem Abfall ermöglicht. Darüber hinaus schaffen es alle verfügbaren 3D-Drucktechniken, den Komfort einfacher und effizienter Änderungen zu bieten und gleichzeitig Kosten und Zeit zu sparen.

Werfen Sie einen Blick auf die folgenden Vorteile, die nur an der Oberfläche dessen kratzen, was die additive Fertigung zu bieten hat:

• Vorlaufzeiten reduzieren
• Hohe Festigkeit und Haltbarkeit der erstellten Objekte
• Ermöglicht die Herstellung einzigartiger und spezifischer Teile
• Bietet effiziente und schnelle Lösungen
• Ist die ideale Wahl für Rapid Prototyping

7 Überlegungen bei der Auswahl einer 3D-Drucktechnik

3D-Druck ist ein weit gefasster Begriff, der eine Sammlung verschiedener Arten des 3D-Drucks umfasst, wie bereits erwähnt.

Zu verstehen, welche Methoden des 3D-Drucks verwendet werden sollen, ist eine Herausforderung für sich. Diese Aufgabe erfordert also fundiertes Wissen über die technischen Anforderungen Ihrer Anwendung, aber auch über die Stärken und Schwächen der einzelnen verfügbaren Methoden. Ein Ansatz, den Sie verfolgen können, um Ihnen bei der Entscheidung auf der Grundlage der primären Einschränkungen Ihres Projekts zu helfen. Zum Beispiel können die folgenden 7 Einschränkungen die wichtigsten sein, die Ihnen bei der Entscheidung helfen.

• Budget
• Geometrische Eigenschaften
• Zum Drucken verwendetes Material
• Mechanische Eigenschaften
• Produktionsgeschwindigkeit
• Teilmengen
• Sicherheit

Häufig gestellte Fragen zu den Arten des 3D-Drucks

Es kann eine schwierige Aufgabe sein, alle Komplexitäten innerhalb des 3D-Druckprozesses zu verstehen. Hier sind einige der häufigsten Anfragen, die Sie möglicherweise zum 3D-Druck und zur additiven Fertigung insgesamt haben.

Wie viele Arten des 3D-Drucks gibt es?

Sie werden mehrere verschiedene 3D-Drucker auf dem Markt finden, aber die oben genannten 7 Techniken – nämlich Binder Jetting, Material Jetting, Materialextrusion, Wannenpolymerisation, Pulverbettfusion, direkte Energieabscheidung und Folienlaminierung – sind in vielen Branchen am weitesten verbreitet.

Darüber hinaus decken diese Techniken eine breite Palette von Materialien ab und bieten die perfekte Balance zwischen Funktionalität, Ästhetik und Kosten, um die häufigsten Anwendungen der 33D-Drucktechnologie abzudecken.

Was ist die häufigste Art des 3D-Drucks?

Fused Deposition Modeling, kurz FDM, hat sich als die am häufigsten verwendete 3D-Drucktechnik auf Verbraucherebene herausgestellt. Daher wurde die Technik umfangreich aufpoliert und für den Desktop modifiziert. Die meisten Benutzer von FDM haben festgestellt, dass es erschwinglicher und benutzerfreundlicher ist.

Welche Art des 3D-Drucks bietet hochauflösende Teile?

Wenn die Auflösung von Teilen eines Ihrer Hauptanliegen ist, dann wäre die beste Wahl für Sie die Verwendung von SLA-3D-Druckern. SLA erzeugt bessere und detailliertere Drucke, wodurch präzisere Teile mit höherer Genauigkeit hergestellt werden können.

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