FDM-3D-Druck:Desktop vs. Industriell

Fused Deposition Modeling (FDM) wird oft mit der Idee des billigen 3D-Drucks in Verbindung gebracht. Tatsächlich machen die niedrigen Kosten und die relative Einfachheit des FDM-Prozesses ihn ideal für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen. Ein weiterer Vorteil ist der Farbdruck, der die Nachbearbeitungskosten reduziert. Bei FDM-Druckern wird ein dünnes Filament aus Thermoplasten (d. h. Kunststoffen, die beim Erhitzen schmelzen und bei Raumtemperatur erstarren) in eine Düse eingeführt. Die Düse erwärmt und schmilzt den Kunststoff, der dann additiv in aufeinanderfolgenden dünnen Schichten aufgetragen wird, um 3D-Modelle zu erstellen.

Heutzutage kann das FDM-3D-Druckverfahren in verschiedenen Segmenten und Anwendungen sowohl für den Verbraucher- als auch für den industriellen 3D-Druck eingesetzt werden.

Desktop-3D-Druck

Desktop-3D- oder Consumer-FDM-Druck richtet sich an Bastler und Amateur-Heimanwender mit kleinen, erschwinglichen und einfach zu bedienenden 3D-Druckern. Es ermöglicht den Verbrauchern oder Bastlern, mit ihren CAD-Entwürfen zu experimentieren und sich ein Bild von ihrer Machbarkeit zu machen. Da FDM-Filamente auch preisgünstiger sind, gibt es einen großen Spielraum für die Korrektur des ursprünglichen Designs und für eventuelle Änderungen.

Funktionen

• Preis: FDM ist eine der günstigsten Druckoptionen auf dem Markt. Der Preis kann bereits bei 200 EUR beginnen. Es ist billig in Bezug auf den Druck sowie das Baumaterial. Im Vergleich zu seinen Gegenstücken wie SLA und MJF, die ebenfalls hauptsächlich für das Prototyping verwendet werden, ist FDM billiger und bietet eine problemlose Fertigung.
• Bauvolumen: Consumer 3D-Drucker sind für den Heimgebrauch konzipiert. Daher können sie als Mini-Version ihrer professionellen Kollegen bezeichnet werden. Die Druckgröße variiert von 10 x 10 x 10 mm bis 200 x 200 x 200 mm.
• Materialien: Die gängigsten Materialien für den Hobby-3D-Druck sind PLA, ABS, PETG, ASA. Sie sind günstig im Preis und leicht verfügbar.
• Lösung: Die übliche Auflösung eines Desktop-3D-Druckers beträgt 100–1000 Mikrometer in X-Y-Richtung und etwa 500 Mikrometer (0,5 mm) in Z-Richtung.

Anwendungen

Die meisten Desktop-3D-Drucker sind weder leistungsfähig noch effizient genug, um für Rapid Prototyping in industriellen Anwendungen eingesetzt zu werden. Sie richten sich an Bastler und Heimanwender, die Ersatzteile, kundenspezifische Artikel, Spielzeug und Dekorationsgegenstände usw. herstellen möchten. Der Druckvorgang ist normalerweise langsam; Das Drucken eines komplexen Designs kann mehrere Stunden dauern und erfordert häufig die Aufsicht des Benutzers. Einschränkungen in Bezug auf Druckmaterialien und Geschwindigkeit bedeuten, dass Verbraucher-3D-Drucker am besten zu Hause verwendet werden.

Einschränkungen

• Weniger Bauvolumen: Das Bauvolumen von Desktop-3D-Druckern überschreitet selten 200 x 200 x 200 mm. Dies beschränkt die Anwendungen des Druckers auf kleine Objekte.
• Niedrige Auflösung: Desktop-3D-Drucker drucken normalerweise mit 100 Mikrometern. Dies ist deutlich niedriger als die niedrigste Auflösung, die auf professionellen Druckern verfügbar ist.
• Weniger Materialauswahl: Verbraucher-3D-Drucker können nur eine Handvoll Kunststoffmaterialien zum Drucken verwenden.
• Langsame Druckgeschwindigkeit: Langsame Druckgeschwindigkeit und häufige Druckfehler sind große Herausforderungen für die weit verbreitete Einführung des 3D-Drucks.
• Geringe Genauigkeit: Obwohl sich die Genauigkeit mit jeder Generation von Desktop-3D-Druckern allmählich verbessert, bleibt sie im Vergleich zu professionellen 3D-Druckern unterdurchschnittlich. Dadurch wird die Komplexität der druckbaren Objekte begrenzt.

Industrieller 3D-Druck

Der industrielle 3D-Druck (auch „professioneller 3D-Druck“ genannt) ist das industrietaugliche Gegenstück zum Consumer-3D-Druck. Es wird hauptsächlich für Konzeptmodellierung, Werkzeugbau, Fertigung, funktionale Prototypen sowie Teile für den Endverbrauch verwendet. Professionelle Drucker wie Stratasys 3D-Drucker sind deutlich teurer, leistungsfähiger und effizienter als Desktop-Drucker.

Funktionen

• Preis: Professionelle 3D-Drucker werden von Designern und Produktherstellern zur Herstellung von Formen und Prototypen verwendet. Sie müssen auch in der Lage sein, große Objekte effizient zu drucken, und sind daher teuer. Auch das Baumaterial ist teuer. Im Vergleich zum Verbraucherdruck beträgt er normalerweise das 5- bis 6-fache.
• Build-Volumen: Das Bauvolumen ist ein wichtiger Aspekt bei professionellen 3D-Druckern, da es den größten Teil bestimmt, der auf einmal gebaut werden kann. Die Baugröße variiert je nach Drucker zwischen 200 x 200 x 300 mm und 914 x 610 x 914 mm.
• Materialien: Die gebräuchlichsten Materialien sind PC, ABS M30, ULTEM.
• Lösung: Die Auflösung bezieht sich auf die Mindestdicke der Bauschicht. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für professionelle Anwendungen. Professionelle Drucker können mit Auflösungen von nur 16 Mikron drucken (Stratasys Objet1000). High-End-Produktionsdrucker können sogar Schichten mit einer Dicke von nur drei Mikrometern drucken (3D Systems Pro 60 HD).

Materialien

Einer der Hauptvorteile von Industriedruckern gegenüber ihren Desktop-Gegenstücken ist die Auswahl an Materialien, auf denen sie drucken können. Die meisten Hersteller haben ihr eigenes, speziell entwickeltes Portfolio an proprietären Materialien. Die große Auswahl an verfügbaren Materialien bedeutet, dass Endbenutzer das Material auswählen können, das ihren Druckanforderungen entspricht.
Industriedrucker ermöglichen auch die Verwendung von viel fortschrittlicheren Materialien. Beispielsweise bietet Xometry eine spezielle Option des FDM-3D-Drucks für ABS-Teile mit M30 Stratasys-Material, das eine höhere Festigkeit und bessere Eigenschaften als eine Standardoption aufweist.

Anwendungen

Konzeptmodellierung

Bei der Konzeptmodellierung werden Ideen und Konzepte im Frühstadium zum Leben erweckt. Konzeptmodellierung ist in Design-, Ingenieur- und Architekturbüros üblich, um die ursprünglichen Rohentwürfe zu testen, zu prüfen und zu verbessern.

Herstellung von Formen

Professionelle 3D-Drucker ermöglichen es Herstellern, Formen und Abgüsse für Werkzeuge, Vorrichtungen und Vorrichtungen innerhalb weniger Stunden intern herzustellen, wodurch die Produktionszeit drastisch verkürzt wird.

Schnelle Fertigung

Reduzierte Kosten und schnellere Produktionsgeschwindigkeiten bedeuten, dass Hersteller 3D-Drucker verwenden können, um Endverbraucherteile direkt ohne Werkzeug zu erstellen. Rapid Manufacturing kann in den kommenden Jahren eine praktikable Alternative zur Fließbandproduktion sein, wenn sich die 3D-Drucktechnologien im aktuellen Tempo weiterentwickeln.

Rapid Prototyping

Einer der Hauptvorteile professioneller Drucker ist ihre Fähigkeit, bewegliche Teile aus verschiedenen Materialien herzustellen. Damit können Hersteller voll funktionsfähige Prototypen zu Testzwecken herstellen. Rapid Prototyping kann die Produktivität steigern und dabei helfen, Fehler frühzeitig im Designprozess zu erkennen.

Einschränkungen

Teurer Druck

Teures Drucken entsteht aufgrund des teuren Baumaterials. Es gibt andere Verfahren wie SLA und SLS, die fast auf dem gleichen Preisniveau liegen und auch andere Materialien anbieten.

Schlussfolgerung

Die folgende Tabelle gibt einen kurzen Überblick über beide Druckertypen.

	Desktop-3D-Druck	Industrieller 3D-Druck
Druckerpreis	€	€€€
Volumen aufbauen	10 x 10 x 10 mm bis 200 x 200 x 200 mm	200 x 200 x 300 mm bis 914 x 610 x 914 mm
Auflösung	~1000 Mikrometer (X-Y) – 500 Mikrometer (Z)	~3 – 16 Mikrometer
Geschwindigkeit	Niedrig	Hoch
Genauigkeit	Mittel	Hoch

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