Montag, 23. September 2019

Weltweit meistgenutzte 3D-Drucktechnologien für den industriellen Einsatz

22. Juli 2018 | noch keine Kommentare | Kategorie: Computer & Internet, Ratgeber, Vermischtes

3D Druck bietet revolutionäre Möglichkeiten in Industrie und Medizin.
Foto: Pixabay/splotramienny/CC0 Creative Commons

Die Welt des 3D-Drucks entwickelt ständig neue Lösungen. Besonders stark profitiert hiervon die Industrie.

Das Ziel ist es, den Anwendungsbereich dieser Produktionsverfahren auf allen Gebieten zu erweitern. Neue Materialien ermöglichen neue Einsatzgebiete und Lösungen. Die Industrie benötigt individuelle Konzepte für 3D-Drucke und je nach Anforderung kommen unterschiedliche Technologien und Prozesse zum Einsatz. Diese werden wir in diesem Artikel vorstellen.

3D-Druck B2B – Business-to-Business-Produktion

SLS (Selektives Lasersintern)

Selektives Lasersintern ist eine der meistgenutzten Technologien für den industriellen 3D-Druck. Die Technologie bietet eine hohe Qualität der Ergebnisse und eine Vielzahl verfügbarer Materialien. Somit werden diverse Anwendungsfälle in verschiedenen Branchen ermöglicht.

Diese Technologie sintert mit der Wärme eines Lasers die benachbarten Partikel aus pulverförmigem Material Schicht für Schicht zu einem 3D-Modell. Nachdem eine Schicht gesintert ist, sinkt die Betthöhe leicht ab, sodass eine neue Schicht frischen Pulvers das Bett füllt und die nächste Schicht beginnt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das 3D-Objekt fertig ist.

Einer der Vorteile dieser Technologie ist, dass durch den ständigen Kontakt des bedruckten Objekts mit dem unbearbeiteten Pulver keine Stützstrukturen erforderlich sind. Nach Abschluss der Produktion werden die Materialreste in einem geschlossenen Behälter mit Druckluft aus dem Modell entfernt.

Der industrielle 3D-Druck von pulverförmigen Materialien ist derzeit mit verschiedenen Materialen möglich: PA, PAGF, TPU, ALUMIDE, Stahllegierungen (obwohl ein zusätzlicher Sinterprozess erforderlich ist), PACF, Carbon.

SLM (Selective Laser Melting)

Wie beim SLS-Verfahren wird auch hier das pulverförmige Material gleichmäßig auf einer ebenen Fläche verteilt, wo die Partikel unter Anwendung von Laserlicht aufgeschmolzen werden.

Der Hauptunterschied zu SLS besteht darin, dass sowohl die Hitze als auch die Präzision des Lasers die pulverförmigen Materialpartikel vollständig zum Schmelzen bringen. Während des Abkühlprozesses verschmelzen sie wieder zu einer festen Struktur. Bei dieser Technologie werden Stützkonstruktionen verwendet, um die überhängenden Teile des Modells zu verstärken, da das geschmolzene Material schwerer wird, um vom restlichen Pulver gehalten zu werden.

Die für dieses 3D-Druckverfahren verfügbaren pulverförmigen Materialien sind: Aluminium, Titan, Edelstahl sowie eine Kobalt-Chrom Legierung.

SLS- und SLM-Technologien eignen sich besonders für detaillierte oder kleine Modelle mit komplexen Geometrien oder komplizierten inneren Strukturen wie Hohlräume, Netzwerke und Spezialgitter.

DMLS (Direktes Metall-Laser-Sintern)

Dieses Verfahren gehört prinzipiell zur Familie der SLM-Technologie. Jedoch wird es speziell für Metalle eingesetzt, indem die Metallpulverpartikel gesintert werden und hierdurch eine höhere Porosität in den Teilen erzeugt wird. Während SLM die Partikel direkt zu einem festen Gegenstand aus Monomaterial oder Einkomponentenmetallen wie Aluminium schmilzt, wird DMLS in der Regel für Legierungen verwendet.

Darüber hinaus benötigt DMLS keine Stützkonstruktionen, da das bedruckte Objekt kontinuierlich durch Metallpulver begrenzt wird. Pulverförmige Materialien für dieses 3D-Druckverfahren sind Edelstahl, Stahl, Kobalt-Chrom, Aluminium AlSi10Mg, Titan Ti6Al4V.

FDM (Fused Deposition Modeling) oder FFF (Fused Filament Fabrication)

Diese Technologie wird aufgrund ihrer Flexibilität und ihrer geringen Investitionskosten, insbesondere in Bezug auf Ausrüstung und Materialien, sowohl im industriellen als auch im privaten Bereit verbreitet eingesetzt.

Bei diesem Verfahren wird ein geschmolzener Materialfaden, meist ein Thermoplast, durch eine beheizte Düse abgeschieden. Die Übertragung der 3D-Daten an den Drucker erfolgt in Maschinenbefehlen, die zuvor von einer Software erzeugt werden. Dies ermöglicht die Verwendung verschiedener Drucker für das zuvor in einer 3D-Software erstellten Modells. Die Maschinenbefehle orientieren sich dabei an der Plattform, von der aus das Modell gedruckt wird.

Die Art und Weise, wie das Modell gebaut wird, besteht darin, kleine Mengen geschmolzenen Materials entlang der horizontalen Ebene abzulagern. Wenn jede Lage fertig ist, hebt die Maschine den entsprechenden Abstand in Z-Richtung an und beginnt mit der nächsten Lage. Das Baumaterial wird über einen Zuführmechanismus der beheizten Düse zugeführt und stabilisiert sich direkt nach der Extrusion.

Die Filamentmaterialien für dieses auch industriell genutzte Verfahren im 3D-Druck sind: PLA, ABS, PC, PA, CopperFill, BrassFill, BronzeFill, WoodFill, Flexible (TPE, TPU), Spezialfilamente (transparent, fluoreszierend, leitfähig). Die Namen der 3D-Druckmaterialien können je nach Anbieter variieren.

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