ADDITIVES DRUCKEN
Der im Volksmund verwendete Begriff 3D-Druck wird oftmals für verschiedene additive Fertigungsverfahren verwendet.
Die Verfahren unterscheiden sich vorrangig in ihrer Arbeitsweise sowie den Werkstoffen die sie verarbeiten können.
Ich habe mich persönlich auf das FDM Druckverfahren (oder oft auch als FFF bezeichnet) sowie dem MSLA Verfahren spezialisiert.
Im Folgenden wird daher kurz die Funktionsweise dieser beiden Verfahren erläutert, gezeigt worin die Stärken des jeweiligen Verfahrens liegen und welche Werkstoffe üblicherweise verwendet werden.
FDM (Fused Deposition Modeling)
Bei diesem Verfahren (oft auch als Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet) wird der Werkstoff in Form eines Filamentes (vergleichbar mit einem Schweißdraht) zur Druckerdüse gefördert und dort aufgeschmolzen. Das gewünschte Bauteil wird für den Druck in viele einzelne Schichten aufgeteilt (engl. slicen). Die Düse fährt für jede dieser Schichten die Konturen ab, um so das Bauteil Schicht für Schicht aufzubauen.
Da bei diesem Verfahren der Werkstoff aufgeschmolzen wird und nach dem „Drucken“ wieder erstarrt, werden bei den druckbaren Kunstoffen hauptsächlich Thermoplasten eingesetzt. Hierbei gibt es viele verschiedene Themoplasten, die unterschiedliche Eigenschaften besitzen können. Die bekanntesten Werkstoffe beim FDM Druck und deren Verwendungszweck sind in der Tabelle unten aufgelistet. Natürlich gibt es noch viele weitere Filamentarten wie z. B. carbonverstärkte Filamente, HIPS, wasserlösliche Filamente… Diese Tabelle ist nur eine kleine Auswahl der am häufigsten verwendeten Materialien. Sind hier die von dir benötigten Eigenschaften nicht aufgeführt, kannst du dich gerne bei mir melden und wir versuchen gemeinsam den passenden Werkstoff für dein Projekt zu finden.
Das FDM Druckverfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass Prototypen, Anschauungsojekte und auch funktionale Bauteile vergleichsweise schnell und günstig hergestellt werden können. Durch die große Filament- bzw. Werkstoffvielfalt können die Bauteile an den Verwendungszweck angepasst werden. Durch den vergleichsweise großen Bauraum der Drucker sind auch große Bauteile kostengünstig herstellbar.
Ein Weiterer Vorteil des 3D-Drucks ist, dass auch Hohlräume gedruckt werden können. Durch das Pausieren des Drucks können dann beispielsweise andere Teile, wie etwa Magnete oder Muttern, in dem gedruckten Bauteil eingeschlossen werden.
MSLA (Masked Stereolithography)
Das MSLA Verfahren basiert auf dem SLA Druckverfahren, bei welchem ein Harz (engl. Resin genannt) durch UV Strahlung ausgehärtet wird. Traditionell wird dabei ein Laser zum Aushärten des Harzes verwendet. Da der Laser wie beim FDM Verfahren die Kontur jeder Schicht abfahren muss, ist die Druckgeschwindigkeit abhängig von der zu druckenden Fläche je Schicht. Beim MSLA Verfahren wird als Lichtquelle hingegen ein LCD Bildschirm verwendet, welcher das Bild der aktuellen Schicht projiziert und somit die gesamte Fläche der Schicht auf einmal aushärten kann. Durch die konstante Belichtungszeit beim Aushärten des Harzes pro Schicht können somit, bei einer optimalen Bauraumnutzung, Bauteile schneller gedruckt werden als beim herkömmlichen SLA Verfahren.
Das Verfahren zeichnet sich besonders durch seine hohe Druckqualität der Bauteile aus. Diese ist durch Schichthöhen von ca. 0,05 mm und der sehr hohen Auflösung des LCD Bildschirms in XY möglich (Auflösung in XY wird durch die Pixelgröße bestimmt). Somit wird dieses Verfahren vor allem für kleine detaillreiche Bauteile eingesetzt, wie beispielsweise in der Schmuckindustrie oder Zahnmedizin. Aber auch für Kleinserien ist dieses Verfahren geeignet, bei denen die Oberflächengüte des Bauteils eine große Rolle spielt. Bei den Materialien ist die Variantenvielfalt jedoch um einiges geringer als beim FDM Verfahren. Die am häufigsten verwendeten Harze sind in folgender Tabelle aufgeführt.
Materialien FDM
Werkstoff | ABS | ASA | PETG | PLA | TPU |
Einsatzbereich | mechanisch beanspruchte Bauteile im Innenbereich | mechanisch beanspruchte Bauteile im Innen- und Außenbereich | Universell einsetzbar | Anschauungsobjekte | flexibler Werkstoff |
max. Einsatztemperatur | 95°C | 95°C | 70°C | 50°C | 60°C |
Vorteile | + Kratzfest + Hitzebeständig + hohe Schlagfestigkeit + hohe Bruchfestigkeit + günstig + Oberflächenfinish möglich |
+ Kratzfest + Hitzebeständig + hohe Schlagfestigkeit + hohe Bruchfestigkeit + günstig + UV-Beständigkeit |
+ Lebensmittelecht + Ermüdungsresistens + Wasserresistent |
+ Günstig + Optisch gutes Druckergebnis |
+ in unterschiedlichen Shorehärten verfügbar |
Nachteile | – nicht Witterungsbeständig | – niedrige Einsatztemperatur | – Preis |
Eine schöne Übersicht weiterer Materialien und ihrer Eigenschafte ist auf SIMPLIFY3D zu finden.
Materialien MSLA
Werkstoff | Standard Resin | Tough Resin | Castable Resin | Flexible Resin |
Eigenschaft |
Für Anschauungsobjekte geeignet |
Für funktionale Prototypen mit mechanischer Belastung |
Für detaillierte Prototypenfertigung und Anfertigung von Feingussformen für Schmuckdesigner und Juweliere |
flexibles Endprodukt in unterschiedlichen Härten verfügbar |
+ Hohe Detailgenauigkeit und glatte Oberflächen |
+ mechanische Eigenschaften |
+ sauberes und ascheloses Ausbrennen |
Die Tabelle enthält lediglich die vier möglichen Werkstoff-Kategorien. Je nach Kategorie gibt es dann nochmals mehrer unterschiedliche Harze. Idealerweise schickst du mir mit deiner Anfrage eine kurze Beschreibung der Anforderungen an das gedruckte Teil mit. Ich werde dir dann ein passendes Harz vorschlagen.
Baugröße nach Druckverfahren
Verfahren | maximale Bauteilgröße an einem Stück (X * Y * Z) |
FDM Verfahren | 250 x 210 x 210 mm³ |
MSLA Verfahren | 120 x 65 x 150 mm³ |