Die wichtigsten Verfahren der additiven Fertigung im Überblick

Früher nutzten Fertigungsunternehmen subtraktive Prozesse wie Formen, Schneiden und Bohren, um Produkte herzustellen. Während das Entfernen von Material von einem größeren Ganzen früher gut funktionierte, ersetzen moderne additive Fertigungsprozesse diese schnell. Prognosen zufolge wird die additive Fertigungsbranche bis 2022 auf stolze 23 Milliarden Dollar anwachsen.

Additive Fertigung ist der computergesteuerte Prozess, ein 3D-Objekt durch schichtweises Auftragen von Material – typischerweise Keramik- oder Metallpulver – auf einer Bauplattform aufzubauen, bis das Endprodukt fertig ist. Die Schichten werden mittels Wärme, eines Härtungsmittels oder Lasern gehärtet.

Da diese Methode additiv ist, entsteht weniger Abfall als bei der subtraktiven Fertigung und daher niedrigere Kosten.

Es gibt Vor- und Nachteile für jedes der sieben Haupttypen der additiven Fertigung. Es ist wichtig, die Unterschiede zu kennen, um das richtige Verfahren für Ihr Unternehmen zu wählen.

Hier sind die Haupttypen der additiven Fertigung, um die Fertigungsfähigkeiten Ihres Unternehmens zu steigern.

Typen additiver Fertigungsprozesse

1. Binder Jetting

Binder Jetting, auch bekannt als Material Jetting oder Tintenstrahl-Pulverdruck, gehört zu den gängigsten Typen der additiven Fertigung.

Dieses Verfahren funktioniert ähnlich wie Ihr gewöhnlicher Bürodrucker, nur dass es dreidimensionale Objekte druckt. Anstatt Tinte auf eine Seite zu sprühen, sprüht Binder Jetting Klebstoff in ein Pulvermaterial. Der Druckkopf bewegt sich horizontal und vertikal und legt bei jedem Durchgang eine neue Schicht Baumaterial ab.

Es ist möglich, Objekte mit Binder Jetting aus einer Vielzahl von Materialien herzustellen, darunter:

• Gipspulver (Kreide)
• Kunststoffe
• Keramik
• Metall
• Glas
• Sand

Binder Jetting ist eines der kostengünstigsten additiven Fertigungsverfahren aufgrund der relativ niedrigen Einstiegskosten und der kostengünstigen Materialien. Es kann Objekte auch schneller als die meisten anderen additiven Fertigungsverfahren erstellen – und in voller Farbe.

Obwohl es viele Vorteile bietet, neigen Binder-Jetting-Produkte dazu, spröde zu sein und erfordern Nachbearbeitung, einschließlich Reinigung und Härtung, was mühsam und zeitaufwendig sein kann.

2. Directed Energy Deposition (DED)

Directed Energy Deposition (DED) nutzt Schweißprinzipien, um dreidimensionale Objekte zu erstellen. Das Material – typischerweise Metalldraht oder -pulver – wird durch eine fokussierte Energiequelle wie einen Laser oder Elektronenstrahl geschmolzen. Das flüssige Material wird dann präzise auf die Bauplattform gegossen, wo es schnell aushärtet und eine Schicht bildet. Dieser Prozess wiederholt sich, bis das Objekt fertig gedruckt ist.

Einer der bedeutenden Vorteile von DED ist, dass es nicht nur zur Objekterstellung verwendet werden kann; es kann auch bestehende Teile oder Vorformen reparieren und Material hinzufügen. Zudem kann es mehrere Materialien in einem einzigen Druckprozess nutzen.

3. Materialextrusion

Materialextrusion funktioniert ähnlich wie eine Heißklebepistole. Das Material wird von einer Spule in den Drucker geführt. Die Düspitze erhitzt und schmilzt das Material. Das flüssige Material wird dann schichtweise auf die Bauplattform aufgebracht, wo es abkühlen und erstarren kann, wodurch das Objekt entsteht.

Viele Unternehmen und sogar Freizeitnutzer schätzen Materialextrusion aufgrund der geringen Kosten für Geräte und Materialien.

Obwohl diese Methode die kostengünstigste der additiven Fertigung ist, hat sie ihre Grenzen. Da die Heizelemente nicht stark genug sind, um hochdichte Materialien wie Metall zu schmelzen, sind Sie auf die Verwendung von Kunststoffpolymeren beschränkt – die für einige Anwendungen, wie Werkzeug- und Vorrichtungsbau, möglicherweise nicht langlebig genug sind.

4. Pulverbettfusion (PBF)

Pulverbettfusion, auch bekannt als Elektronenstrahlschmelzen (EBM), beginnt mit einem großen Bett aus pulverförmigem Material, typischerweise Kunststoff-, Metall-, Sand- oder Keramikpulver, das mit Sand gemischt ist.

Das Pulver wird mit einem Laser oder Elektronenstrahl selektiv verschmolzen. Sobald eine Schicht Material verschmolzen ist, bewegt sich der Arbeitsbereich nach unten, und die neue Schicht wird mit demselben Prozess oben darauf aufgebaut.

Mit PBF gibt es einen hohen Komplexitätsgrad der Objekte, was sie stärker macht als Objekte, die mit einigen anderen Typen der additiven Fertigung erstellt wurden. Da ein Pulverbett erforderlich ist, ist es schwierig, eine saubere Arbeitsumgebung aufrechtzuerhalten. Diese Methode ist nicht die beste Option für enge Räume, die nicht für den Umgang mit Pulvermaterialien eingerichtet sind.

Möchten Sie mehr über additive Fertigung erfahren? Sehen Sie sich diese anderen Blog-Themen an: Der additive Fertigungsprozess 3D-Druck für additive Fertigung – Was Sie wissen müssen

5. Schichtlaminierung

Schichtlaminierung, auch bekannt als Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) oder Laminated Object Manufacturing (LOM) – ist ein additives Fertigungsverfahren, das dünne Materialschichten stapelt und sie durch Ultraschallschweißen, Kleben oder Löten verbindet. Während die Schichten sich stapeln, nimmt das Objekt Form an.

Sobald alle Schichten gestapelt und laminiert sind, entfernt eine CNC-Maschine oder ein Laserschneider das überschüssige Material und schafft die endgültige Form des Objekts.

Da es in mehreren Schichten arbeitet, ermöglicht Schichtlaminierung Herstellern, verschiedene Materialien zu schichten, in Vollfarbe zu drucken und zu deutlich geringeren Kosten als einige andere additive Fertigungsverfahren.

Während Schichtlaminierung relativ kostengünstig ist, erfordert sie etwas Nachbearbeitung, was mühsam und zeitaufwendig sein kann. Sie sind auch auf Materialien beschränkt, die in Schichten vorliegen, wie Papier, Kunststoff und Metall. Da Objekte nach Abschluss der Laminierung zugeschnitten werden müssen, fällt bei diesem additiven Fertigungsverfahren etwas Abfall an.

6. Vat-Polymerisation

Vat-Polymerisation ähnelt der Pulverbettfusion, verwendet jedoch anstelle eines Pulverbetts ein Becken mit Photopolymerharz, das schichtweise durch einen Ultraviolettlaser gehärtet wird. Sobald eine Schicht abgeschlossen ist, wird mehr Harz hinzugefügt und die nächste Schicht aufgebaut. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis das Objekt fertig ist.

Obwohl Harz recht teuer sein kann, kann Vat-Polymerisation Objekte schnell konstruieren und dabei eine hohe Genauigkeit und gute Oberflächenqualität bieten.

Trotz ihrer Vorteile sind Hersteller bei Vat-Polymerisation auf Photopolymerharze beschränkt und müssen einen erheblichen Nachbearbeitungsaufwand betreiben. Die gedruckten Objekte müssen aus dem Harz entfernt und gereinigt werden, bevor sie einsatzbereit sind.

7. Material Jetting

Ähnlich wie Binder Jetting schichtet Material Jetting Material, um ein Objekt zu konstruieren. Anstatt Klebstoff auf ein Pulverbett aufzutragen, schmilzt Material Jetting wachsartige Materialien und setzt Tropfen präzise auf die Bauplattform ab. Während die Schichten sich aufbauen, nimmt das Objekt Form an.

Viele Hersteller nutzen Material Jetting, weil es relativ kostengünstig ist und eine hervorragende Genauigkeit mit hochwertigen Oberflächen bietet. Leider ist Material Jetting auf die Verwendung wachsartiger Materialien beschränkt, die spröde sein können. Es dauert auch länger, Objekte zu bauen, da es tropfenweise arbeitet.

Welcher Typ der additiven Fertigung ist der richtige für Sie?

Bevor Sie ein additives Fertigungsverfahren auswählen, ist es wichtig, darüber nachzudenken, was Sie von Ihrem Projekt benötigen. Suchen Sie eine budgetfreundlichere Option oder benötigen Sie stärkere Baumaterialien? Was auch immer Ihr Bedarf ist, es gibt einen additiven Fertigungsprozess, der Ihre Produktion unterstützt.

Unabhängig davon, welchen Typ der additiven Fertigung Sie wählen, ist es essenziell, mit einem guten 3D-Digitalmodell zu beginnen. Unsere Experten bei Spatial verfügen über mehr als 35 Jahre Erfahrung in der 3D-Modellierung und haben unzähligen Unternehmen geholfen, ihre Produkte zu entwerfen, zu testen und auf den Markt zu bringen.

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