Die 7 wichtigsten Additive-Fertigungs-Technologien im Überblick

Additive Fertigung bezeichnet den Prozess der Bauteilerstellung durch schichtweises Aufbringen von Material. Dieses Material kann Metall, Keramik, Kunststoff, Photopolymer oder sogar Lebensmittel sein! ISO/ASTM hat alle verschiedenen Arten additiver Fertigungstechnologien in sieben Kategorien eingeteilt.

In diesem Artikel wird beschrieben, wie jeder dieser additiven Fertigungsprozesse funktioniert, sowie deren Anwendungen, Vorteile und Unterschiede.

1. Binder Jetting

Edelstahlbauteil, gefertigt von Xometry via Binder Jetting.

Binder Jetting ist eine pulverbettbasierte additive Fertigungstechnologie, die Bauteile durch selektives Auftragen eines Bindemittels auf eine dünne Schicht pulverförmigen Materials herstellt. Der Prozess beginnt damit, dass der Drucker eine gleichmäßige Pulverschicht – typischerweise Kunststoff, Metall, Sand oder Keramik – auf der Bauplattform aufträgt. Ein Recoater-Blatt sorgt dafür, dass eine präzise Pulverschicht auf der Bauplattform verteilt wird. Dies geschieht typischerweise dadurch, dass der Recoater Material aus einem Pulverspeicherbehälter neben dem Druckbereich über die Bauplattform auf die erforderliche Schichthöhe streift. Das Material im Speicherbehälter wird angehoben, und der Recoater streicht das Pulver über die Plattform. Anschließend fährt ein Druckkopf über das Pulver und trägt das Bindemittel in Form des Bauteilquerschnitts für die aktuelle Schicht auf. Für vollfarbige Kunststoffteile enthält das Bindemittel auch Farbstoffe zur Erzeugung mehrfarbiger Bauteile.

Das Druckbett senkt sich dann um eine Schichthöhe ab. Der Recoater verteilt eine weitere Pulverschicht auf der vorherigen, und der Prozess wiederholt sich. Beim Binder Jetting von Metallen muss das Bauteil nach dem Druck gesintert werden, um Porosität zu eliminieren und die mechanische Festigkeit zu verbessern. Alternativ kann ein niedrigschmelzendes Metallpulver wie Bronze mit dem Primärmaterial gemischt werden. Beim Erhitzen des gedruckten Teils schmilzt die Bronze und füllt die Zwischenräume zwischen den Primärmetalllegierungspulverpartikeln.

Tabelle 1 zeigt typische Materialien, Anwendungen und Vorteile des Binder Jetting:

Tabelle 1. Binder Jetting Übersicht

Materialien	Anwendungen	Vorteile
Sand Kunststoffe (PMMA, ABS, PA, PC) Keramiken Metalle (Edelstahl, Titanlegierungen)	Sandgussformen Mehrfarbige Prototypen Günstige Metallteile im Vergleich zu anderen Metall-Druckverfahren	Große Bauraumvolumen Mehrfarbige Teile Keine Stützstrukturen erforderlich Unbenutztes Pulver ist recycelbar Mehr Kunststoffoptionen verfügbar

2. Pulverbettfusion (PBF)

Pulverbettfusion (PBF) bezeichnet eine Reihe additiver Fertigungstechnologien, die Pulver mittels eines hochleistungsfähigen, fokussierten Energiequellen verschmelzen. Die Energiequelle kann ein Laser (SLM oder DMLS) oder ein Elektronenstrahl (EBM) sein. Sowohl Metall- als auch Kunststoffpulver können mit PBF verwendet werden. Der Prozess funktioniert, indem zunächst eine dünne Pulverschicht (oft vorgeheizt) auf die Bauplattform aufgebracht wird. Dies wird mit einem Recoater-Blatt erreicht, um Konsistenz der Schichthöhe zu gewährleisten. Ein fokussierter Energiestrahl schmilzt dann die Pulverpartikel, um den aktuellen Querschnittsschicht des Bauteils zu bilden. Die Bauplattform bewegt sich dann um eine Schicht nach unten. Eine weitere Pulverschicht wird aufgebracht, und der Prozess wiederholt sich.

Für Metalle werden höherenergetische Strahlen benötigt, und für DMLS- und SLM-Druck ist eine inerte Atmosphäre erforderlich. Bei EBM muss der Bauraum unter Vakuum gehalten werden. PBF-Maschinen können schnell drucken, insbesondere wenn Mehrstrahl-Drucker verwendet werden. EBM nutzt nur einen Strahl, aber dieser kann extrem schnell umgelenkt werden, was Mehrstrahl-Funktionalität simuliert.

Tabelle 2 zeigt typische Materialien, Anwendungen und Vorteile der Pulverbettfusion:

Tabelle 2. Pulverbettfusion Übersicht

Materialien	Anwendungen	Vorteile
Metalle (Aluminium, Titan, Kupfer, Kobalt-Chrom, etc.) Nylon Keramiken	Funktionale Metallteile wie Turbinenschaufeln, Raketentriebwerk-Brennkammern und Wärmetauscher	Unbenutztes Pulver kann recycelt werden Breites Spektrum an Metalloptionen

3. Gerichtete Energieauftragung (DED)

Gerichtete Energieauftragung (DED) ist ein additives Materialverfahren, das ausschließlich mit Metallen arbeitet. Es wird häufig zur Reparatur bestehender Metallteile eingesetzt. Diese Reparaturfähigkeit ist möglich, da DED in fünf Achsen drucken kann, im Gegensatz zu anderen Druckverfahren, die auf drei Achsen beschränkt sind. Ein DED-Drucker kann sich um bestehende Teile mit komplexen Geometrien manövrieren.

Diese Art der additiven Fertigung ist nicht auf Reparaturen beschränkt, sondern kann auch völlig neue Teile drucken. DED funktioniert, indem entweder ein Pulver oder ein Metalldraht zur Druckdüse geführt wird. Ein Laser oder Elektronenstrahl schmilzt dann das Material und verschmilzt es mit dem Basismaterial. Jedes schweißbare Metall kann mit DED hergestellt oder repariert werden. Wie bei Schweißverfahren ist für DED-Druck ein Schutzgas (Laserstrahl) oder Vakuum (Elektronenstrahl) erforderlich. Das Gas bedeckt nur den Bereich, der aktiv vom Strahl geschmolzen wird. Alternativ kann der gesamte Bauraum mit einem Inertgas gesättigt werden, was einen abgedichteten, luftdichten Bauraum erfordert.

Tabelle 3 zeigt typische Materialien, Anwendungen und Vorteile von DED:

Tabelle 3. Gerichtete Energieauftragung Übersicht

Materialien	Anwendungen	Vorteile
Metalle (Kobalt-Chrom, Titan, Inconel, Tantal, Niob, Edelstähle)	Teilereparatur Fortschrittliche Luftfahrtkomponenten	Kann große Teile drucken (1000 mm³) Kann bestehende Teile reparieren Kann eine breite Palette von Metallen und Legierungen drucken

4. Material Jetting

Ein vollfarbiges Teil mit polierter und klarlackierter Oberfläche, gefertigt mit Xometrys PolyJet-Service.

Material Jetting nutzt eine Reihe von Tintenstrahldüsen, um Material auf eine Bauplattform aufzutragen und so ein Bauteil zu erstellen. Dieser Prozess erfordert die Verwendung von Photopolymeren als Rohmaterial. Er funktioniert, indem zunächst eine Schicht Photopolymer auf die Bauplattform aufgetragen wird. Anschließend bewegt sich eine UV-Lichtquelle über das Photopolymer, um es zu härten. Die Bauplattform senkt sich dann ab, und der Prozess wird wiederholt.

Da die UV-Licht-Härtung des gedruckten Materials ein integraler Bestandteil dieses additiven Fertigungsprozesses ist, können nur Kunststoffe, von denen viele Photopolymere sind, mit Material Jetting gedruckt werden. Stützstrukturen sind erforderlich, um Teile erfolgreich mit Material Jetting zu drucken.

Tabelle 4 zeigt typische Materialien, Anwendungen und Vorteile von Material Jetting:

Tabelle 4. Material Jetting Übersicht

Materialien	Anwendungen	Vorteile
Photopolymerharze Digitale Materialien (Komposit-Photopolymere) Wachs	Funktionale Produktprototypen Vollfarbige anatomische Modelle	Sehr geringer Materialverschnitt Mehrmaterial- und mehrfarbige Teile möglich Hochgeschwindigkeitsprozess Hohe Auflösung

5. Schichtlaminierung (Sheet Lamination)

Schichtlaminierung ist ein schichtbasierter additiver Fertigungsprozess, der Bauteile durch Stapeln und Verbinden von Materialschichten aufbaut – anstatt Pulver oder Flüssigkeiten abzuscheiden oder zu verschmelzen. Es kann mit einer Reihe von Materialien verwendet werden, darunter Papier, Polymerschichten, Verbundwerkstoffe und einige Metalle. Während der Prozess typischerweise Bauteile mit niedriger Auflösung liefert, bietet er hohe Produktionsgeschwindigkeit und niedrige Kosten, was ihn für bestimmte Prototyping- und Industrieanwendungen vorteilhaft macht.

Der Prozess funktioniert, indem dünne Schichten nacheinander aufgelegt werden, jede auf den Querschnitt des Bauteils in dieser Schicht zugeschnitten. Diese Schichten werden dann mit verschiedenen Techniken, abhängig vom Material, mit der vorherigen Schicht verbunden. In einigen Systemen schneidet ein Laser oder Messer die Bauteilgeometrie aus der Schicht vor oder nach dem Verbinden. Überschüssiges Material um das Bauteil kann während oder nach dem Bau entfernt werden.

Metallschichten werden häufig mittels Ultraschall-Additiver Fertigung (UAM) verbunden, bei der Ultraschallschwingungen unter Druck angewendet werden, um die Metallschichten ohne Schmelzen zu verschweißen. Kunststoffschichten werden typischerweise mittels Wärme und Druck verbunden, entweder thermisch oder mit Klebstoffen. Verbundwerkstoffe (z. B. Aramidfasern, Glasfasern oder kohlenstofffaserverstärkte Schichten) und Papier werden meist mit Klebstoffen und Kompression laminiert. Schichtlaminierung wird auch zur Herstellung von Near-Net-Shape-Teilen verwendet, die anschließend mit CNC oder anderen subtraktiven Techniken nachbearbeitet werden können, um engere Toleranzen und Oberflächenqualitäten zu erreichen.

Tabelle 5 zeigt typische Materialien, Anwendungen und Vorteile der Schichtlaminierung:

Tabelle 5. Schichtlaminierung Übersicht

Materialien	Anwendungen	Vorteile
Papier Keramiken Kohlefaser-Verbundwerkstoffe Metalle (Aluminium, Kupfer, Edelstahl, Titan)	Vollfarbige Prototypen Near-Net-Shape-Teile	Niedrige Kosten Hohe Geschwindigkeit Vollfarbige Teile

6. Materialextrusion

Nahaufnahme eines FDM-gedruckten Teils, gefertigt von Xometry.

Materialextrusion ist einer der bekanntesten Typen der additiven Fertigung, hauptsächlich aufgrund seiner Verbreitung im Consumer-Markt. Materialextrusion wird oft als FDM (Fused Deposition Modeling) oder FFF (Fused Filament Fabrication) bezeichnet. Der Prozess funktioniert, indem ein Kunststofffilament von einer Spule geführt, durch eine beheizte Kammer und dann durch eine Druckdüse geleitet wird. Beim Austritt aus der Düse wird das Material in Form des aktuellen Bauteilquerschnitts auf der Bauplattform abgelegt. Sobald eine Schicht abgeschlossen ist, bewegen sich die Druckköpfe um eine Schichtdicke nach oben. Der Prozess wird wiederholt, bis das Bauteil fertig ist.

Thermoplaste und gefüllte Thermoplaste sind die typischsten Rohmaterialien für diese Technologie. Allerdings können auch metallische Pulver/Polymer-Matrix-Materialien verwendet werden, um Metallteile herzustellen. Diese müssen in einem Ofen nachbearbeitet werden, um ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften zu entwickeln.

Tabelle 6 zeigt typische Materialien, Anwendungen und Vorteile der Materialextrusion:

Tabelle 6. Materialextrusion Übersicht

Materialien	Anwendungen	Vorteile
PLA ABS PC PETG Nylon ULTEM	Montagevorrichtungen Funktionale Prototypen Kleinserienkomponenten	Niedrige Kosten Einfache Bedienung Echte Thermoplaste

7. VAT-Photopolymerisation

VAT-Photopolymerisation ist ein additives Fertigungsverfahren, das Bauteile durch selektives Aushärten eines flüssigen Photopolymerharzes mittels einer Lichtquelle erstellt. Die zwei primären Technologien unter dieser Kategorie sind:

• SLA (Stereolithografie) – verwendet einen UV-Laser, um den Querschnitt des Bauteils schichtweise nachzuzeichnen und zu verfestigen.
• DLP (Digital Light Processing) – verwendet einen digitalen Projektor, um eine gesamte Schicht auf einmal zu belichten und das Harz simultan über die Schicht hinweg zu härten.

Beide Prozesse beinhalten ein Becken (Vat) mit flüssigem Photopolymerharz. Die Bauplattform startet knapp unter der Harzoberfläche. Bei SLA tastet ein Laserstrahl die Harzoberfläche ab, um die gewünschte Form der aktuellen Schicht zu verfestigen. Bei DLP blitzt ein Lichtprojektor das gesamte Schichtbild in einer einzigen Belichtung. Sobald eine Schicht gehärtet ist, bewegt sich die Bauplattform vertikal (meist nach oben), sodass unbelichtetes Harz unter das Bauteil fließen kann, und die nächste Schicht wird auf der vorherigen gehärtet. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis das Bauteil vollständig geformt ist. Da das Bauteil allmählich aus dem Becken auftaucht, wirkt es so, als würde die Bauplattform das Objekt aus dem flüssigen Harz herausziehen.

Tabelle 7 zeigt typische Materialien, Anwendungen und Vorteile der VAT-Photopolymerisation:

Tabelle 7. VAT-Photopolymerisation Übersicht

Materialien	Anwendungen	Vorteile
PLA ABS PC PETG PA Kohlefaser-gefülltes ABS PEEK	Visuelle Prototypen / Mock-ups Schmuckmodelle für Gussformen	Hohe Geschwindigkeit Sehr feine Details möglich

Was ist Additive Fertigung?

Additive Fertigung bezeichnet den additiven Prozess der Bauteilerstellung durch schichtweises Aufbauen. Dies steht im Kontrast zur subtraktiven Fertigung, die mit einem massiven Materialblock beginnt und überschüssiges Material entfernt, um ein Bauteil zu erzeugen. CNC-Bearbeitung ist ein Beispiel für subtraktive Fertigung.

Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zur additiven Fertigung.

Additive Fertigung stellt einen Wendepunkt in der Produktion dar, mit sieben Kernprozessen: Binder Jetting, Pulverbettfusion, gerichtete Energieauftragung, Material Jetting, Schichtlaminierung, Materialextrusion und VAT-Photopolymerisation. Jeder Prozess bietet seine eigenen Stärken, sei es in Präzision, Skalierbarkeit, Geschwindigkeit oder Materialvielseitigkeit. Herausragend ist der Wandel vom verschwenderischen Materialabtrag zur kontrollierten, schichtweisen Erschaffung, der Möglichkeiten eröffnet – von der Reparatur lebenswichtiger Luftfahrtbauteile bis hin zum Druck detaillierter Prototypen und funktionaler Komponenten. Die Technologie präsentiert sich nicht als einzelne Lösung, sondern als Werkzeugkasten, in dem der passende Prozess der richtigen Herausforderung zugeordnet werden kann, was die Fertigung effizienter, anpassungsfähiger und innovativer macht.

Häufig gestellte Fragen zu Arten der additiven Fertigung

Was ist der am häufigsten verwendete Typ der additiven Fertigung?

Die am häufigsten verwendeten Typen der additiven Fertigung sind: Materialextrusion (FDM/FFF), Schichtlaminierung, VAT-Polymerisation und Pulverbettfusion (PBF). Es ist anzumerken, dass der Grad der Akzeptanz jeder additiven Fertigungstechnologie je nach Branche variiert. Beispielsweise nutzt die Luftfahrtindustrie stark DED und Pulverbettfusion.

Welche Organisation kategorisiert additive Fertigungsprozesse?

ASTM International und ISO sind gemeinsam für die Kategorisierung additiver Fertigungsprozesse verantwortlich. ASTM und ISO haben die in diesem Artikel beschriebenen sieben Kategorien erstellt.

Wie werden additive Fertigungsprozesse klassifiziert?

Additive Fertigungsprozesse werden unter ISO/ASTM 52900 klassifiziert, dem internationalen Standard, der Schlüsselbegriffe und Kategorien in der AM definiert. Er ordnet Technologien in sieben Prozesstypen ein, basierend darauf, wie Schichten gebildet und Materialien verbunden werden. Diese Kategorien umfassen Methoden wie Materialextrusion, VAT-Photopolymerisation und Pulverbettfusion. Diese Klassifizierung hilft, Konsistenz über Branchen und Anwendungen hinweg zu gewährleisten.

Ist 3D-Druck ein Beispiel für additive Fertigung?

Ja, 3D-Druck ist eine Form der additiven Fertigung. Tatsächlich ist es das am weitesten bekannte und am häufigsten verwendete Beispiel. Der Begriff „3D-Druck“ wird oft umgangssprachlich verwendet, um alle additiven Fertigungsprozesse zu bezeichnen, die Objekte schichtweise aus digitalen Modellen aufbauen.

Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zu 3D-Druck vs. additiver Fertigung.

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurden 7 verschiedene Arten additiver Fertigungsprozesse betrachtet und beschrieben, wie sie funktionieren, ihre Vor- und Nachteile. Um mehr über die verschiedenen Typen der additiven Fertigung und wie jeder am besten für Ihre spezifische Anwendung geeignet sein könnte, kontaktieren Sie noch heute einen Xometry-Experten.

Xometry bietet ein breites Spektrum an Fertigungsmöglichkeiten, einschließlich 3D-Druck und Mehrwertdiensten für all Ihre Prototyping- und Produktionsanforderungen. Besuchen Sie unsere Website, um mehr zu erfahren oder ein kostenloses, unverbindliches Angebot anzufordern.

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Dean McClements

Dean McClements ist ein B.Eng-Absolvent mit Auszeichnung im Maschinenbau mit über zwei Jahrzehnten Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Seine berufliche Laufbahn umfasst bedeutende Rollen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für Ingenieurprozesse und Innovationen entwickelte.

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