Die richtige Wahl eines 3D-Druckers

Ein 3D-Drucker verwendet ein additives Herstellungsverfahren, d.h. er stellt ein Objekt Schicht für Schicht her: durch Hinzufügen von Material, Verfestigung einer Flüssigkeit oder Agglomerierung eines Pulvers. Im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen, die es ermöglichen, ein Teil durch Abtragen von Material durch Bearbeitung herzustellen, erzeugt diese Technologie Objekte durch Hinzufügen von Materialschichten. Es reduziert die Produktionszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Bearbeitungsverfahren und bietet eine sehr hohe Präzision bei der Herstellung komplexer Formen.Im Gegensatz zu den Formtechniken, bei denen die Form hergestellt werden muss, bevor Material in sie gegossen werden kann, um das Teil herzustellen, arbeiten 3D-Drucker direkt aus einer digitalen Datei heraus, die in “Scheiben” geschnitten wird, die jeder Materialschicht entsprechen.

3D-Drucker auf einen Blick

Welche Materialien werden für den 3D-Druck verwendet?

PET-Filament für 3D-Drucker der Marke Makerbot
PET-Filament für 3D-Drucker der Marke Makerbot

Die verschiedenen Materialien sind je nach 3D-Drucker unterschiedlich. Nachfolgend finden Sie eine Liste der am häufigsten verwendeten Materialien (die nachfolgend aufgeführten Technologien werden im nächsten Abschnitt beschrieben):

 

Ansicht des Ausgangsmaterials Materialtyp Technologie Markt Besonderheiten Ansicht des Fertigteils
Filament PLA (Polymer auf pflanzlicher Basis) FDMFFF Laienpublikum

Fachpublikum

lebensmittelverträglich rauh
ABS (Thermokunststoff) bessere mechanische Eigenschaften als PLA
PET (Durchsichtiger Polyesterkunststoff) guter mechanischer Widerstand
Pulver Polyamid SLS Prototypierung sehr gute Details

lebensmittelverträglich

Keramik, Glas SLSBinder Jetting ForschungslaborsDesign lebensmittelverträglich
Alumide (Aluminium/Polyamid-Mischung) DMLSEBM Prototypierung gute mechanische Eigenschaften
Titan, Edelstahl, Aluminium, Kobalt, Eisen, Bronze, etc. Prototypierung

Kleine Serien

Luftfahrtindustrie

Automobilindustrie

gute mechanische Eigenschaften
Silber, Platin, Gold usw. Schmuckherstellung
Flüssigkeiten Wachs SLADLPPolyjetMJM Schmuckherstellung

Zahnheilkunde

Modellbau

sehr gute Details

zerbrechlich

Glatt
Polymerharz Prototypierung

Kleine Serien

medizinischer Bereich

glatt

in der Masse gefärbt

Aktive Forschungsarbeiten sind im Gange, um aktuelle Materialien wie ABS, (aus der Schwerölindustrie) und PLA (aus der Intensivlandwirtschaft) durch umweltfreundlichere Materialien wie Ton, Schlamm, Holzschliff, lokal produziertes Getreide (VGA) oder Seetang (SWF) zu ersetzen. Im Hoch- und Tiefbau entstehen auch 3D-Drucker, die bestimmte Mörtelarten verwenden können.

Welches sind die am häufigsten eingesetzten 3D-Druck-Techniken?

 

Technologie Prinzip Kommentare
Fused Deposition Modelling (FDM)http://www.directindustry.de/industrie-hersteller/3d-drucker-fdm-110295.html Der 3D-Drucker erwärmt ein Filament (PLA, ABS, PET, etc.), um es weich und formbar zu machen, und legt es in aufeinanderfolgenden Schichten auf ein Tray. Wenn das Teil empfindliche Stellen hat (z.B. ein Tablett auf einem schmalen Fuß) ist es notwendig, Stützflächen vorzusehen, die nach der Herstellung des Teils entfernt werden. Hauptsächlich für ein breites Publikum bestimmte Drucker Sie können diese Technologie für Prototypen verwenden, d.h. zur Herstellung von Einzelteilen, z.B. im Rahmen des Kundendienstes.Die hergestellten Teile können de jach Drucker ein gutes Präzisionsniveau haben, aber für komplexe Teile raten wir Ihnen, sich auf die SLS-Technologie zu konzentrieren.
Fused Filament Fabrication (FFF)
Lasersintern (SLS)http://www.directindustry.de/industrie-hersteller/3d-drucker-sls-185936.html Der 3D-Drucker verwendet einen Laserstrahl, der Schicht für Schicht aus einem  Pulver (Polyamid, Keramik oder Glas) verfestigt, um Teile mit hoher Detailpräzision herzustellen. Für die Herstellung komplexer Teile oder Teile mit empfindlichen Stellen sind keine Stützen erforderlich, da diese Bereiche durch das ungeschmolzene Pulver gestützt werden. Am Ausgang des Druckers haben die Teile im Allgemeinen ein sandiges Aussehen und müssen für ein gutes Finish eine Polierphase durchlaufen. Die aus SLS hergestellten Teile verfügen über gute mechanische Eigenschaften.
Direktes Metallsingtern (DMLS) Der 3D-Drucker verwendet einen Laserstrahl, der Schicht für Schicht ein Pulver (Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan etc.) verfestigt, um Teile mit hohem Detaillierungsniveau herzustellen. Diese Drucker werden immer häufiger für Spitzentechnologien wie die Luftfahrt, die Automobilindustrie und die Medizin. Sie sind mit einer erheblichen Anfangsinvestition und hohen Wartungskosten verbunden, ermöglichen aber die Herstellung sehr komplexer Teile mit mechanischen Eigenschaften, die mit denen von Teilen vergleichbar sind, die auf herkömmliche Weise (Bearbeitung oder Gießen) hergestellt werden.
Elektronenstrahl-Fusion (EBM) Der 3D-Drucker verwendet einen Laserstrahl, der Schicht für Schicht ein Pulver (Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan etc.) verfestigt, um Teile mit gut ausgearbeiteten Details herzustellen, die auf keine andere Weise hergestellt werden könnten. Die Herstellung geschieht im luftleeren Raum; auf diese Weise wird eine Oxydierung des nicht gehärteten Pulvers vermieden. Sie kann somit sofort ausgeführt werden. Diese Technologie kann nur für leitfähige Materialien verwendet werden. Sie ist schneller aber etwas weniger präzise als die Lasertechnologie (DMLS).
Stereolithographie (QSV)http://www.directindustry.de/industrie-hersteller/3d-drucker-sla-134453.html Diese 3D-Drucker verwenden einen UV-Lichtstrahl, der Harz aushärtet. Die fertigen Teile sind von hoher Präzision und haben einen sehr guten Oberflächenzustand. Diese Technik wird insbesondere wegen ihrer Schnelligkeit als auch für die Herstellung von Formen eingesetzt.
Digital Light Processing (DLP)http://www.directindustry.de/industrie-hersteller/3d-drucker-dlp-185940.html Diese Technologie nutzt einen Projektor, der keine waagerechte Verschiebung braucht. Dadurch wird der Druck schneller als das QSV.
Polyjethttp://www.directindustry.de/industrie-hersteller/3d-drucker-polyjet-226170.html Diese Drucker kombinieren die Emission von ultraviolettem Licht mit der Projektion von Mikrotropfen aus Photopolymermaterial (das unter der Wirkung von ultraviolettem Licht aushärtet). Mit dieser Technik können Materialien miteinander verarbeitet werden, die je nach mechanischem Bedarf verschiedene mechanische Eigenschaften haben (z.B. steife oder weiche Materialien).Man verwendet sie auch zur Herstellung von Spielzeug und im Weltraum.
Zerstäubung von Material (MJM) Diese Drucker zerstäuben das flüssige Material, das sich beim Abkühlen erhärtet. Sie sind mit mehreren Druckköpfen ausgestattet, von denen einer das Substrat (z. B. Wachs) gleichzeitig mit dem Bauteil erzeugt. Die hergestellten Teile sind hochpräzise und können je nach Anzahl der Druckköpfe aus mehreren Materialien bestehen.Diese Technologie wird insbesondere in der Schmuckindustrie für die Herstellung von Formen eingesetzt.Die 3D-Drucker, die im Hoch- oder Tiefbau eingesetzt werden, arbeiten ebenfalls mit einem Sprühvorgang.
Zerstäubung von Bindemitteln (Binder Jetting) Pulverbindung (Powder Binding) Diese Drucker zerstäuben ein Bindemittel, möglicherweise farbig, auf einem Pulver, das schichtweise abgelegt wurde. Mit dieser Technik kann man sehr komplexe Teile realisieren. Das überschüssige Pulver muss jedoch durch Blasen oder Absaugen entfernt werden.

Welche Hauptanwendungen haben 3D-Drucker?

3D-Drucker der Marke HP
3D-Drucker der Marke HP

Die ersten 3D-Drucker wurden in der Industrie für die Herstellung von Prototypen genutzt, aber die Bereiche von Medizin und Zahnmedizin  begannen schnell, sich für diese Technologie zu interessieren, und zwar sowohl für den Bio-Druck (Herstellung von Zellstrukturen) als auch für die Herstellung von Prothesen.Die Branchen der Transportindustrie, wie die Luftfahrt, die Raumfahrt, der Seetransport oder die Automobilbranche, verwenden ebenfalls immer mehr den 3D-Druck, mit dem man leichtere Teile herstellen kann, die gleichwertige oder sogar bessere Eigenschaften haben als traditionell hergestellte Teile. Diese Technologie wird auch breitflächig in der Architektur und im öffentlichen Bau verwendet, sowohl für die Realisierung von Modellen als auch für die Direktherstellung von Häusern oder Strukturen wie z.B. Brücken.

Welche Vorteile hat die 3D-Drucktechik?

Der Hauptvorteil des 3D-Drucks besteht darin, dass er direkt aus einer CAD-Datei (z.B. einer von einem Konstruktionsbüro erstellten 3D-Datei) mit minimalem Materialeinsatz arbeiten kann, im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen, die viele Späne erzeugen, die dann recycelt werden müssen. Darüber hinaus gibt es während der Herstellung keine Schmierung, was das Risiko einer Verschmutzung stark reduziert.

Ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks ist die Möglichkeit, Teile mit sehr komplexen Formen zu erstellen, die mit herkömmlichen Verfahren (Bearbeitung, Schmieden oder Formen) schwierig zu realisieren wären. Hinzukommt, dass 3D-Drucker die Möglichkeit bieten, immer größere Teile herzustellen. Der 3D-Druck, der ursprünglich für Prototyên vorgesehen war, gestattet heute eine kundenspezifische Massenproduktion, weil er Teile mit geringfügigen Unterschieden und kleine Serien zu wettbewerbsfähigen Preisen herstellen kann. Dank des 3D-Drucks mit Hochgeschwindigkeit werden die Produktionszeiten ständig kürzer. So wird mittel- oder kurzfristig auch die Produktion mittlerer oder großer Serien möglich sein.

Der visuelle Aspekt der Teile ist eines der wenigen Probleme, die im Zusammenhang mit bestimmten 3D-Druckprinzipien auftretern. Sind die Teile auf dem Endprodukt sichtbar, so müssen sie poliert werden. Sind sie jedoch verdeckt (z.B. Zahnräder), so ist keine perfekte Oberfläche erforderlich und sie können so verwendet werden, wie sie aus dem Druck kommen..

Vorteile des 3D-Drucks:

 

  • Reduzierung der Produktionskosten
  • Reduzierung der Herstellungszeit
  • Reduzierung von Fehlern
  • Produktion auf Abruf

 

Welche Markttendenzen kann man beobachten?

3D-Drucker der Marke Shining 3D
3D-Drucker der Marke Shining 3D

Der 3D-Druck ist ein Marktsegment, das sich gegenwärtig sehr stark entwickelt. Die ersten 3D-Drucker waren auf die Verwendung eines einzigen Materials begrenzt und für die Herstellung sehr kleiner Objekte konzipiert. Die hergestellten Teile hatten keine besonderen mechanischen Eigenschaften. Heute beobachten wir das Aufkommen von Multimaterialdruckern und Druckern, die sehr große Objekte produzieren können. Ob in der Medizin, in der Industrie oder in der Architektur, man kann davon ausgehen, dass diese Maschinen bald komplette Organe für Transplantationen oder komplette Multimaterialprodukte schaffen, die sofort funktionsfähig sind. Eines der gewinnträchtigsten Marktsegmente des 3D-Drucks ist gegenwärtig der Bereich der Reparatur. Industrielle Hersteller von elektrischen Haushaltsgeräten bieten bereits 3D-gedruckte Ersatzteile an.

Es entstehen auch Hybridmaschinen, die 3D-Druckköpfe auf CNC-Maschinen kombinieren, die beispielsweise das WAAM-Verfahren (Wire Arc Additive Manufacturing) auf digitalen Maschinen verwenden, ein Auftragschweißverfahren, das insbesondere zur Herstellung von Titanteilen eingesetzt wird.

Der Verbrauchermarkt wächst rasant und stellt für die Hersteller einen erheblichen Anteil dar. Langfristig ist es möglich, dass der 3D-Druck in ein Konkurrensverhältnis mit den Fab Labs geraten, die Beratung und Dienstleistungen anbieten, die die 3D-Drucker ergänzen.

Auf industrieller Ebene entstehen Drucker, die es ermöglichen, mit hochtechnischen Materialien zu arbeiten, die in der Lage sind, große Teile herzustellen. Gegenwärtig bieten die Hersteller neben Maschinen auch 3D-Druckdienstleistungen an. Ihre Druckzentren ermöglichen den Einsatz verschiedener Drucktechniken, ohne die Kosten für die Investitionen in Maschinen tragen zu müssen.

Was kostet ein 3D-Drucker?

Um die Preise von 3D-Druckern zu vergleichen, muss zwischen Maschinen für die breite Öffentlichkeit und Industriemaschinen unterschieden werden. 3D-Drucker für Industrie und Endverbraucher zeichnen sich durch ihr Druckvolumen, ihre Genauigkeit, ihre Druckgeschwindigkeit, ihr Geräuschniveau und die verwendeten Materialien aus.

Auf dem Verbrauchermarkt sind FDM-Drucker ab 300 € erhältlich, um PLA in Monofilament mit einem maximalen Volumen von 200 x 200 x 200 mm und einer Präzision von 100 Mikron zu drucken.

Auf dem Fachmarkt sind FDM-Drucker ab 4000 € erhältlich, um PLA oder ABS in Bi-Filament mit einem maximalen Volumen von 200 x 200 x 300 mm und einer Präzision von 50 Mikron zu drucken.

Für stereolithografische Drucker sollten Sie ein Budget zwischen 10.000 und 150.000 Euro einplanen.

Für Drucker, die Metallteile herstellen können, planen Sie ein Budget von mehr als 100.000 € ein.