Frankfurt, 23.11.2019. 34.532 Besucher (2018 waren es noch 26.919 Besucher) ließen sich von einer Formnext 2019 mitreißen. 852 Aussteller (2018: 632 Aussteller) machten die Messe Frankfurt zur Bühne für die immer größer werdenden Anwendungsfelder der additiven Fertigung. Bedingt durch das starke Aussteller-Wachstum hatte sich der Umzug in die modernen und architektonisch anspruchsvollen Messehallen 11 und 12 bewährt. Unternehmen wie APWORKS, Autodesk, 3D Systems, Additive Industries, Addup, Arburg, BigRep, Carbon, Covestro, Desktop Metal, Bosch Dremel, DMG Mori, Dyndrite Corporation, Envisiontec, EOS, ExOne, Farsoon, Formlabs, GE Additive, HP, Keyence, Markforged, Materialise, Matsuura, Mimaki, Prodways, Renishaw, Ricoh, Siemens, Sisma, SLM Solutions, Stratasys, Trumpf, Voxeljet, Xerox, XJet und viele andere stellten noch effizientere, neue Fertigungstechnologien vor und präsentierten fortschrittliche Lösungen für den industriellen Einsatz.
Mit BASF, Covestro, Cubicure, Dyemansion, Evonik, Incus, LMI, Sigma Labs und anderen präsentierten zahlreiche international etablierte aber auch junge Unternehmen Weltneuheiten entlang der gesamten Prozesskette. Dazu zählten zum Beispiel neue 3D-druckbare Materialien, die den Einsatzbereich der Additiven Fertigung zum Beispiel von der Luft- und Raumfahrt über Automobil- und Railway-Industrie bis zum Werkzeug- und Formenbau deutlich erweitern. Auch im Postprocessing konnten zahlreiche Aussteller Innovationen präsentieren, die den industriellen Einsatz additiver Fertigung weiter vorantreiben.
Die Messe zeigte, dass die Auswahl an 3D-Drucker-Materialien immer größer wird. Es gibt einige wenige Materialkategorien, die häufig zum 3D-Druck verwendet werden. Am häufigsten sind hierbei Kunststoffe, die von extrem stabilen Kunststoffen, wie PEEK, bis hin zu sehr einfach zu handhabenden, wie PLA, reichen können. Harz ist ein weiteres gängiges Material und wird bei SLA- und DLP-Druckern verwendet. Verbundwerkstoffe, wie Kohlenstofffaser Filament, sind eine weitere Kategorie und, wie der Name schon sagt, entstehen sie durch die Kombination zweier Materialien, um die besten Eigenschaften zu erhalten. Desweiteren druckbare Metalle, die in Pulverform mit verschiedensten Elementen und seltenen Erden, wie Tantal kombiniert werden können. Diese sind derzeit nur mit industriellen Maschinen druckbar. Die Forschung im Bereich der Lebensmittel- und Biomaterialien, wie Hautzellendrucker, schreitet ebenfalls immer weiter voran. Private 3D-Druck-Anwender beschäftigen sich öfters mit der Fragestellung, welches 3D-Drucker-Material das Richtige für ihr Projekt ist, die FORMNEXT 2019 zeigte quasi alle zurzeit verwendeten 3D-Druck-Materialien, die wir Ihnen in unserem 3D-Druck-Special hier vorstellen.
In der nachfolgenden Bildergalerie haben wir die additive Fertigung von Polymeren, Metallen und anderen Materialien dargestellt.
|
Möchte man beispielsweise Lebensmittelbehälter herstellen, sollte man darauf achten, dass die 3D-Drucker-Materialien keinesfalls gesundheitsschädlich sind. PET oder PET-G wären hier die beste Wahl. Bei Konzeptmodellen, die nicht funktional eingesetzt werden müssen, kann man anstatt teurer Metalle preiswerte Kunststoffe wie Nylon verwenden. In der Medizin und Pharmaindustrie sind dagegen biokompatible 3D-Drucker-Materialien erforderlich.
Andere additive Fertigungstechnologien, etwa Binder Jetting oder Stereolithographie, haben das Spektrum an 3D-Drucker-Materialien noch einmal beträchtlich erweitert. Aufgaben, die in mühevoller Handarbeit oder durch aufwendige Abgussverfahren hergestellt werden mussten, werden heute maschinell und additiv gefertigt. Dazu muss man nur 3D-Modelle am Computer erstellen und den entsprechenden 3D-Drucker zur Verarbeitung der Materialien einsetzen.
Für fast jeden Zweck gibt es das geeignete Material, so etwa Papier (SDL) für mehrfarbige Drucke, Sandstein (Binder Jetting) oder Resin (PolyJet) für architektonische Modelle und Kunstprojekte. Metall-3D-Druck ermöglicht die Herstellung von vorher undenkbaren Formen und hat Industrien wie die Luft- und Raumfahrt und Schmuckindustrie tiefgreifend verändert. Durch die additive Fertigung spart man wertvolles Material ein und kann auch den Leichtbau verbessern.
Kunststoffe
Kunststoffe werden sehr oft im 3D-Druck-Bereich eingesetzt. Designer und Entwickler können am meisten von Prototypen lernen, die funktional belastbar sind und ähnliche Eigenschaften haben, wie die späteren Serienprodukte. Die meisten thermoplastischen Materialien können sowohl im privaten 3D-Drucker als auch im professionellen Bereich verwendet werden. Druck-Dienstleister bevorzugen das Lasersintern als Druckverfahren, das für Hobby-User zuhause jedoch kaum bezahlbar ist.
ABS
ABS (z.B. Legosteine) ist robust und leicht, dazu relativ günstig und in fast allen Farben verfügbar. Allerdings entstehen, wie bei anderen Kunststoffarten beim Schmelzen Dämpfe, die man nicht direkt einatmen sollte! Wenn man beim Gebrauch zuhause auf eine bedenkenlose Alternativen ausweichen möchte, ist PLA eine gute Option. ABS wird bei einer Temperatur zwischen 220° und 250°C gedruckt, weshalb ein beheiztes Druckbett nötig ist um den Kühlungsprozess des Materials zu kontrollieren und Verformungen zu vermeiden. ABS sollte vakuumverpackt vor Luftfeuchtigkeit geschützt werden.
3D-Druck-Technologie: FDM, Binder Jetting, SLA, PolyJetting Eigenschaften: Stabil, leicht, hochauflösend, einigermaßen flexibel Anwendungen: Konzeptmodelle, Produktion Materialkosten: Sehr günstig
PLA
PLA ist ein beliebtes 3D-Drucker-Material aus Maisstärkederivaten (Zuckerrohr- und Tapiokavarianten gibt es ebenfalls), das sogar biologisch abbaubar ist. Es lässt sich schon bei geringen Temperaturen von ca. 70 Grad Celsius sehr leicht drucken, wobei ein angenehm süßlichen Geruch verbreitet wird. Dies ist einer der Hauptvorteile gegenüber ABS. Ein anderer Vorteil ist, dass es beim Abkühlen nicht so oft zu Verformungen kommt.
Die Nachteile von PLA sind dagegen, dass es weniger haltbar ist und nicht so hitzeresistent, wie ABS. Braucht man also Komponenten für industrielle oder technische Zwecke, sollte man eher auf Materialien, wie ABS zurückgreifen. PLA ist in vielen Farbenerhältlich, manche Varianten haben zusätzliche Fasern, die eine Holz- oder Metall-Optik erzeugen. Wie auch andere Kunststofffilamente muss PLA luftdicht gelagert werden.
3D-Druck-Technologie: FDM, SLA (Stereolithographie), SLS Eigenschaften: Biologisch abbaubar, lebensmittelecht Anwendungen: Konzeptmodelle, Funktionsmodelle, Produktion Materialkosten: Sehr günstig
NYLON
Wer kennt sie nicht, die Nylon-Strümfe der Damen? Aufgrund von Flexibilität und Stärke wird Nylon, umgangssprachlich „weißes Plastik” bezeichnet und ist eines der beliebtesten 3D-Drucker- Materialien überhaupt. Von allen FDM-Filamenten ist die Haftung zwischen den Schmelzschichten bei Nylon am stärksten, weshalb es das ideale 3D-Drucker-Material für robuste und dehnbare Modelle ist. Nach dem Druck hat Nylon eine raue Oberfläche, die jedoch glatt poliert werden kann. Wie auch andere thermoplastische Kunststoffe baut Nylon durch die Luftfeuchtigkeit ab. Es sollte deshalb in luftdichten Behältern gelagert werden.
3D-Druck-Technologie: FDM, SLS Eigenschaften: Stabil, glatte Oberfläche (in poliertem Zustand), einigermaßen flexibel, resistent gegen Chemikalien Anwendungen: Konzeptmodelle, Funktionale Modelle, Medizinische Komponenten, Werkzeuge, Bildende Künste Materialkosten: Sehr günstig
PEEK
PEEK ist ein 3D-Drucker-Material, das für Hochleistungsteile entwickelt wurde. Kunststoffe dieser Art sind hochresistent gegen Belastungen, Temperatur und Chemikalien. Der Nachteil der hohen Temperaturresistenz ist, dass es erst bei 400° C extrudiert werden kann. PEEK Kunststoffe werden in den anforderungshöchsten Bereichen verwendet, etwa als medizinische Implantate. Auch in der Luft- & Raumfahrt, Chemie und Automobilindustrie ist es als 3D-Drucker-Material zu finden.
3D-Druck-Technologie: FDM, SLS Eigenschaften: Sehr stabil, hitzeresistent, biokompatibel Anwendungen: Produktion (Automobil-Industrie, Luft- & Raumfahrt, Chemie und Pharmaindustrie) Materialkosten: Angemessen
PET
PET ist ein lebensmittelechtes 3D-Drucker-Material, das man in vielen Wasserflaschen findet und gerne als Alternative zu ABS verwendet wird. Beim Schmelzen von PET entstehen keine bedenklichen Dämpfe wie bei ABS, und doch ist es robust und flexibel. Vorteil für den Hobby-3D-Druckaanwender ist, dass man bei PET kein beheiztes Druckbett benötigt.
Als 3D-Drucker-Material ist es sehr beliebt für Konsumgüter, weil es lebensmittelecht ist und eine glänzende Oberfläche hat. Auch PET-Filament sollte vor Luftfeuchtigkeit geschützt werden. PET kann außerdem dem Recyling-Kreislauf zugeführt werden.
3D-Druck-Technologie: FDM Eigenschaften: Robust, flexibel, lebensmittelecht, glatte Oberfläche Anwendungen: Produktion, Funktionsmodelle Materialkosten: Sehr günstig
PETG
PETG ist eine Art von PET, das mit dem Glycol kombiniert wurde, unter anderem um Transparenz zu erzeugen. PETG kann bei niedrigen Temperaturen extrudiert werden und fließt schneller als PET-Filament (bis zu 100 mm/s). Produkte aus PETG sind witterungsbeständig und werden deshalb oft für Gartengeräte verwendet. Ein weiterer Vorteil ist, dass es wie PET und PLA lebensmittelecht ist. PETG sollte luftdicht gelagert werden.
3D-Druck-Technologie: FDM Eigenschaften: Robust, lebensmittelecht, witterungsbeständig, kaum entflammbar Anwendungen: Konzeptmodelle, Funktionsmodelle, Produktion Materialkosten: Günstig
ULTEM
ULTEM ist ein 3D-Drucker-Material, das im Hochleistungsbereich angewendet wird. Kunststoffe dieser Art sind hochresistent gegen Belastung, Temperatur und Chemikalien. Sie lassen sich aber auch sehr gut verarbeiten und fabrizieren sehr präzise Objekte. Da ULTEM bei circa 400° C extrudiert wird, ist es eher ein Material für professionelle 3D-Drucker.
Aufgrund seiner exzellenten Eigenschaften, wird ULTEM in der Luft- & Raumfahrt, Automobilindustrie, Chemie und Medizintechnik verwendet. Man findet es in elektronischen Anschlüssen, medizinischen Instrumenten und Prüfbuchsen für Computerchips.
3D-Druck-Technologie: FDM, SLS Eigenschaften: Biokampatibel, sehr stabil, hitzeresistent, belastbar Anwendungen: Produktion (Automobil-Industrie, Luft- & Raumfahrt, Medizin und Pharmaindustrie) Materialkosten: Angemessen
HIPS (High-Impact Polystyrene)
HIPS ist ein 3D-Drucker-Material, das als Stützmaterial beim Druck komplexer Formen verwendet wird. Eingetaucht in Limonene löst es sich auf, einer hautreizenden Chemikalie. HIPS hat ähnliche materielle Eigenschaften wie ABS, weshalb es häufig in Kombination damit verwendet wird. Es ist ein hochschlagfestes Polystyrol und damit ein extrem haltbares Material, das z.B. im Container- bereich als Schutzschicht verwendet wird. Beim Drucken entstehen wiederum gesundheitsschädliche Dämpfe, man sollte also an einem dafür geeigneten Ort drucken und sich schützen. Wie die anderen thermoplastischen 3D-Drucker-Materialien, ist HIPS empfindlich gegenüber Luftfeuchtigkeit und muss luftdicht gelagert werden.
3D-Druck-Technologie: FDM, SLA (Stereolithographie) Eigenschaften: Löslich, sehr haltbar Anwendungen: Stützmaterial Materialkosten: Sehr günstig
PVA (Polyvinylalkohol)
PVA ist ein Stützmaterial für 3D-Drucke von komplizierten Formen. Während andere Stützmaterialien in speziellen Chemikalien gelöst werden müssen, ist PVA in Leitungswasser löslich. Es ist sehr empfindlich und muss deshalb vakuumverpackt aufbewahrt werden.
3D-Druck-Technologie: FDM Eigenschaften: Wasserlöslich Anwendungen: Stützmaterial Materialkosten: Sehr günstig
Verbundstoffe
Verbundstoffe sind Filamente, die aus mehr als einem Material bestehen, um ihre besten Eigenschaften zu nutzen. PLA bietet beispielsweise eine Vielzahl von Verbundwerkstoffen an, von Holz bis Metall. Andere Verbundwerkstoffe sind auf bestimmte Branchen oder Funktionen ausgerichtet, wie z.B. die Prototypen und Kleinserienfertigung.
Conductive
Noch relativ neu auf dem Filamentmarkt sind stromleitfähige 3D-Drucker-Materialien. Mit ihnen kann man beispielsweise Touchsensoren für Geräte wie Gamecontroller und kleinere Maschinen herstellen. Als technisch versierter Bastler kann man sich damit auch Verbindungen zwischen technischen Geräten konstruieren. Für Elektronikplatinen sind die Leiterbahnen jedoch zurzeit noch zu breit – sie eignen sich daher eher für kleinere elektrische Verbindungen und Kontakte. Dieses leitfähige 3D-Drucker-Material basiert normalerweise auf ABS– oder PLA-Kunststoff. Wie den jeweiligen Materialbeschreibungen zu entnehmen ist, haben diese diverse Vor- und Nachteile.
3D-Druck-Technologie: FDM Eigenschaften: Leitfähig Anwendungen: DIY Projekte Materialkosten: Angemessen
Metall-Plastik-Filamente
Die im Handel erhältlichen „Metall-Filamente” für Desktop-3D-Drucker sind eigentlich nichts anderes als thermoplastische Kunststoffe mit geringem Metallanteil. Mit diesem 3D-Drucker-Material lässt sich eine Metall-Optik erzeugen. Darüber hinaus sind die gedruckten Teile schwerer als Objekte aus reinem Kunststoff. Beliebte Verbundmetalle sind hierbei Bronze, Kupfer, Stahl und Eisen. Nachteil: Um die gewünschte Metalloptik zu erhalten, müssen die 3D-gedruckten Objekte zwingend nachbearbeit, z.B. poliert werden.
3D-Druck-Technologie: FDM Eigenschaften: Metall-Optik Materialkosten: Günstig
Alumide
Das 3D-Drucker-Material Alumide ist ein eine Mischung von Nylon mit Aluminiumpartikeln. Die Elastizität und Robustheit ist vergleichbar mit Nylon, der Unterschied liegt in der glänzenden, porigen Oberfläche. Sie lässt sich durch Polieren und Beschichtungen sehr gut veredeln. Bauteile aus Alumide sind belastbar und für eine langfristige Nutzung tauglich.
3D-Druck-Technologie: SLS Eigenschaften: Robust, hitzebeständig, hochauflösend Anwendungen: Funktionsmodelle, Produktion Materialkosten: Sehr günstig
Holz-Plastik-Filament
Es war wohl nur eine Frage der Zeit, dass die Industrie auch „Holz-Filamente” auf den Markt brachte, Holzfasern kombiniert mit Kunststoffen. Der große Vorteil ist, dass 3D-Drucke aus Holz-Filamenten fast genauso einfach bearbeitet werden können, wie echtes Holz. Man kann gedruckte Objekte bohren, zersägen, schmirgeln oder lackieren. Doch auch wenn dieses exotische 3D-Drucker-Material optisch sehr ansprechend ist, hat es keine der funktionalen Eigenschaften von Holz.
Der Braunton des Holzfilaments lässt sich durch die Temperatur beim Drucken regulieren. Bei niedrigen Temperaturen erhält man hellere Farbtöne, bei hohen Temperaturen dagegen intensivere und dunklere Brauntöne. Wenn man also die Jahresringe eines Stamms beim Drucken simulieren möchte, muss man die Temperatur beim Drucken variieren. Je nach Hersteller des Holz-Filaments kann man sogar den Geruch des produzierten Bauteils bestimmen. Unter anderem stehen Birke, Fichte, Olive, Bambus, Weidenbaum und Zedernholz zur Auswahl.
3D-Druck-Technologie: FDM Eigenschaften: Fragil Anwendungen: Konzeptmodelle, Kunstprojekte Materialkosten: Günstig
METALLE
Metall-3D-Druck ist vor allem für die Luft- & Raumfahrt, Medizin und Automobilindustrie relevant geworden, da man hiermit komplexe Modelle ohne zusätzliches Schweißen und Nachbearbeiten erstellen kann. Extrem hohe Temperaturen und Anschaffungskosten zwischen 100.000 bis 500.000 Euro für einen Metall-3D-Drucker machen die Technik für den Heimbereich noch zu teuer. Metall-3D-Druck-Dienstleister bieten allerdings die Möglichkeit 3D-Objekte ausdrucken zu lassen.
3D-Druck-Technologie: SLM Eigenschaften: Materialeigenschaften von Metall Anwendungen: Luft- & Raumfahrt, Medizin und Automobilindustrie Materialkosten: Angemessen
ALUMINIUM
Aluminium ist leicht und vielseitig, weshalb es ein beliebtes 3D-Drucker-Material für Metall ist. Meistens wird es als Legierung verarbeitet, wobei selbst komplexe Bauteile sehr dünne Wände haben können. Aluminium-Bauteile sind sehr widerstandsfähig gegenüber mechanischer Beanspruchung und hohen Temperaturen. Dadurch sind sie geeignet für preiswerte Funktionsmodelle wie Motoren in der Luft- & Raumfahrt oder in der Automobilindustrie.
3D-Druck-Technologie: Direct Metal Dep sition, Binder Jetting Eigenschaften: Leicht, stabil, hitzeresistent, korrosionsbeständig Anwendungen: Funktionsmodelle, Produktion (Luft- & Raumfahrt, Fahrzeugindustrie) Materialkosten: Angemessen
COBALT-CHROM
Cobalt-Chrom wird als Superlegierung bezeichnet. Dieses Material wird hauptsächlich in medizinischen Anwendungen und Komponenten der Luft- und Raumfahrt, meistens zur Herstellung von Turbinen und Triebwerken verwendet. Es ist ein extrem belastbares Metall, insbesondere hinsichtlich Temperatur- und Korrisionsbeständigkeit. Cobalt-Chrom eignet sich auch für kleinteilige Komponenten mit hoher Detailgenauigkeit.
3D-Druck-Technologie: Direct Metal Laser Sintering, SLM Eigenschaften: Biokompatibel, stabil, korrisionsbeständig, hitzeresistent, strapazierfähig, niedrige Leitfähigkeit Anwendungen: Produktion (Medizintechnik, Luft- & Raumfahrt) Materialkosten: Angemessen
KUPFER & BRONZE
Abgesehen von ein paar Ausnahmen, finden Kupfer und Bronze hauptsächlich im Wachsabgussverfahren Verwendung und weniger bei der Powder Bed Fusion Methode. Diese Metalle sind für industrielle Anwendungen nicht ideal, stattdessen findet man sie häufiger im Kunstgewerbe und auch in der Schmuckindustrie.
3D-Druck-Technologie: Wachsausschmelzverfahren, Powder Bed Fusion, Direct Metal Deposition Eigenschaften: Leitfähig, strapazierfähig Anwendungen: Produktion (Elektrotechnik), Kunst, Schmuckindustrie Materialkosten: Angemessen
INCONEL
Inconel ist eine Superlegierung für spezielle Industrien. Es besteht hauptsächlich aus Nickel und Chrom und ist eines der temperaturbeständigsten Metall 3D-Drucker-Materialien. Man nutzt es zur Herstellung von Blackboxen in Flugzeugen und speziellen Raketenteilen. Zu den gewöhnlicheren Anwendungsbereichen zählen die Chemie- und Ölindustrie. Aufgrund seiner unverwüstlichen Eigenschaften, ist dieses 3D-Drucker-Material schwer zu bearbeiten. Es wird hauptsächlich mit der Technologie des Direct Metal Lasersintern (DMLS) gedruckt.
3D-Druck-Technologie: Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Eigenschaften: Hitzeresistent, strapazierfähig Anwendungen: Ölverarbeitende Industrie, Chemieindustrie, Luft- & Raumfahrt Materialkosten: Teuer
NICKELLEGIERUNGEN
Nickellegierungen sind beliebte 3D-Druck-Materialien für technische Anwendungen. Durch 3D-Druck erstellte Komponenten sind stärker und widerstandsfähiger als Teile, die mit traditionellen Techniken wie Abgüssen erstellt wurden. Somit können Ingenieure dünnere Bauteile produzieren, die das Endprodukt, etwa in einem Flugzeug, sparsamer machen. Es gibt sehr viele Legierungen, die Nickeleigenschaften mit denen von anderen Metallen (wie z.B. Monel oder Inconel) verbinden.
3D-Druck-Technologie: Powder Bed Fusion, Direct Metal Deposition Eigenschaften: Stabil, leicht Anwendungen: Produktion (Luft- & Raumfahrt, Fahrzeugindustrie) Materialkosten: Teuer
EDELMETALLE: GOLD, SILBER, PLATINUM
Die meisten Powder Bed Fusion Anbieter können mit Edelmetallen, wie Gold, Silber und Platin 3D-Objekte ausdrucken. Die Herausforderung liegt darin, die ästhetischen Eigenschaften der Materialien zu erhalten ohne im Bearbeitungsprozess etwas vom kostbaren Edelmetallpulver zu verlieren. Deshalb findet man im Bereich von Schmuck meist Teile, die mit traditionellen, leichter kontrollierbaren Methoden wie dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt wurden. Edelmetalle werden als 3D-Drucker-Materialien in den Bereichen Medizin und Elektronik, aber auch in traditionellen Feldern wie der Schmuckherstellung verwendet.
3D-Druck-Technologie: Powder Bed Fusion, Wachsausschmelzverfahren, Binder Jetting Eigenschaften: Hochauflösend, glatte Oberfläche Anwendungen: Schmuck, Zahntechnik, Funktionsmodelle Materialkosten: Sehr hoch
EDELSTAHL
Edelstahl ist eines der preiswertesten Metalle für den 3D-Druck. Es ist sehr stabil und kann in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt werden. Edelstahl ist eine Stahllegierung, die auch Cobalt und Nickel enthält, weshalb sie besonders stabil und dennoch sehr elastisch ist. Wer hierbei eine spezielle Materialfarbe wünscht, kann 3D-Drucke aus Edelstahl beschichten lassen, etwa um eine Gold- oder Silberoptik zu erzeugen. Es wird in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt.
3D-Druck-Technologie: Direct Metal Deposition, Binder Jetting Eigenschaften: Hochauflösend, korrisionsbeständig, verhältnismäßig flexibel, stabil Anwendungen: Werkzeugbau, Funktionsmodelle, Produktion Materialkosten: Angemessen
TITAN
Reines Titan-Pulver ist ein häufig verwendetes Metall für den 3D-Druck. Es ist eines der vielseitigsten 3D-Drucker-Materialien, da es sowohl sehr stabil als auch extrem leicht ist. Es kann sowohl beim Powder Bed Fusion als auch beim Binder Jetting Fertigungsverfahren eingesetzt werden. Man findet Titan in medizinischen Anwendungen wie individuell erstellten Prothesen. Außerdem kommt Titan in Bauteilen und Prototypen für die Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Werkzeugbauindustrie zum Einsatz.
Da das Metall extrem reaktiv ist, kann es in Pulverform sehr leicht explodieren! Der 3D-Druck muss deshalb in einem Vakuum oder einer Argon-Atmosphäre geschehen, was aufwendig ist! 3D-Druck-Technologie: Powder Bed Fusion, Binder Jetting, Direct Metal Deposition Eigenschaften: Biokompatibel, hochauflösend, hitzeresistent, sehr haltbar Anwendungen: Werkzeugbau, Funktionsmodelle, Produktion (Medizintechnik, Luft- & Raumfahrt, Fahrzeugindustrie) Materialkosten: Teuer
KERAMIK Keramik hat die Anwendbarkeit des 3D-Drucks für den täglichen Gebrauch derart erweitert, dass individuell designte Kaffeetassen zum Standardsortiment von Online-3D-Druckdiensten geworden sind. Aber mit spezifischen Extrudersystemen wie dem Clay Extruder Kit 2.0 von WASP ist Keramik-3D-Druck inzwischen auch zuhause möglich.
Nachdem ein Keramikteil ausgedruckt wurde, muss es in einem Ofen gebrannt werden. Das Wasser verdampft dabei und die Partikel schmelzen zusammen, wodurch die Form und die Stabilität des Objekts verbessert wird. Für eine glänzende Oberfläche muss man das Objekt mit einer Glasur erneut brennen. Keramik-3D-Drucke können mit dem gewöhnlichen Schmelzschichtungs- Fertigungsverfahren hergestellt werden, oder mit aufwendigeren Methoden wie SLA.
Anwender können aus einer Vielzahl an Glas-, Porzellan- und Silizimkarbid-Materialien auswählen. Keramik-3D-Druck zeichnet sich durch Hitzeresistenz und Stabilität aus und wird heutzutage hauptsächlich in der Zahntechnik, Geschirrherstellung und im Kunstgewerbe eingesetzt.
3D-Druck-Technologie: FDM, Binder Jetting, SLA (Stereolithographie) Eigenschaften: Hitzeresistent, fragil, porös, belastbar Anwendungen: Kunst, Produktion (Geschirr, Zahntechnik) Materialkosten: Günstig
Wachs
Wachs-3D-Drucke sind normalerweise nicht das Endprodukt, sondern ein essentieller Zwischenschritt in einem Produktionsprozess. Sie werden verwendet, um Gussformen mit einer Auflösung von bis zu 0,025mm für die „Verlorene-Form” Abgusstechnik von Metallteilen zu produzieren. Wachs wird oft verwendet, um individuellen Schmuck zu einem vergleichsweise sehr niedrigen Preis zu produzieren. Die zweite Industrie, welche dieses 3D-Drucker-Material verwendet, ist die Zahntechnik. Hier werden komplexe Strukturen mithilfe von Stützstrukturen aus Wachs 3D-gedruckt. Die verschiedene Wachsmaterialien haben unterschiedliche Schmelzpunkte, womit der Zeitpunkt der Auflösung der Abgussform geplant werden kann.
3D-Druck-Technologie: SLA (Stereolithographie), PolyJet Eigenschaften: Hochauflösend, glatte Oberfläche Anwendungen: Produktion (Schmuck, Zahntechnik) Materialkosten: Sehr günstig
PAPIER
Mit Selective Deposition Lamination (SDL) hat 2D-Kopierpapier eine Niche im Bereich von 3D-Druck gefunden. SDL-Teile fühlen sich oft wie Holz an und sind in allen Farben verfügbar, weshalb sie eine beliebte Wahl für architektonische oder andere Konzeptmodelle sind. Der Nachteil ist, dass SDL-Teile nicht sehr haltbar sind und nicht mit der gleichen Präzision gedruckt werden können wie etwa PolyJet Resin oder Gips (Sandstein).
3D-Druck-Technologie: Selective Deposition Lamination Eigenschaften: Kosteneffizient, gut recyclebar, vollfarbiger Druck Anwendungen: Konzeptmodelle, Kunstgewerbe Materialkosten: Sehr günstig
SANDSTEIN
Sandstein, manchmal auch als „Gips” bezeichnet, ist ein 3D-Drucker-Material, mit dem man mehrfarbige Konzeptmodelle in einem einzigen Fertigungsprozess herstellen kann. Um die Qualität der Farben zu verbessern und zu schützen, wird das Bauteil mit einer Schutzschicht Epoxidharz überzogen. Andernfalls würden Sandstein-Bauteile durch natürliche Umwelteinflüsse wie UV-Licht, Staub oder Feuchtigkeit sehr schnell entfärben.
Bauteile aus Sandstein sind ähnlich fragil wie Porzellan, schon während der Konzeption muss die Materialschwäche berücksichtigt werden. In Anbetracht der sensiblen Beschaffenheit von Sandstein, ist es nicht überraschend, dass dieses 3D-Drucker-Material fast nur im Modellbau (Architektur, Kunstgewerbe) eingesetzt wird.
3D-Druck-Technologie: FDM, Binder Jetting, Powder Bed Jetting Eigenschaften: Farbdruck, fragil Anwendungen: Konzeptmodelle, Bildende Kunst Materialkosten: Niedrig
RESIN (Photopolymer)
Resine sind Kunstharze, die sich aufgrund ihrer Reaktivität mit UV-Licht für die Erstellung von Prototypen eignen. Zur Zeit sind SLA (Stereolithographie) und PolyJet die wichtigsten Fertigungsmethoden.
Das SLA-Verfahren nutzt einen UV-Laser, um die Form des Objekts auf einen Photopolymer gefüllten Behälter abzubilden, wobei das Resin Schicht für Schicht die Form des geplanten Objekts annimmt. Dieser Vorgang wird Ebene um Ebene wiederholt, bis das Objekt vollständig ist.
PolyJet folgt einem anderen Ansatz: Ein Druckkopf strahlt einen Tropfen Resin auf ein Druckbett und wird augenblicklich durch eine angeschlossene UV-Lampe gehärtet. Während SLA-Drucker im besten Fall eine Schichthöhe von ca. 0,1 mm leisten, kann beim PolyJet-Verfahren ca. 16 µm dünn gedruckt werden.
Auch wenn die Technologien ähnlich sind und die gleichen Rohmaterialien für den 3D-Druck verwendet werden, unterscheiden sie sich stark in der Art, wie sie die Materialien verarbeiten.
SLA-RESINE
Viele Arten von SLA-Resin wurden entworfen, um spezifischen Eigenschaften von „traditionellen” 3D-Drucker-Materialien zu simulieren: Es gibt Materialien, die vergleichbar sind mit Wachs und auch verwendet werden, um Gussformen für den Präzisionsguss herzustellen.
Wenn man biokompatible Materialien braucht, kann man auf ein Resin zurückgreifen, das sehr ähnlich ist wie PLA. Andere SLA-Resine haben die Wertbeständigkeit von ABS. Außerdem gibt es einen Verbundwerkstoff, der die Eigenschaften von Keramik hat. Er lässt sich dem Drucken kann in einem Ofen brennen und wie ein Keramikteil verwenden.
Resin ist eine ausgezeichnete Wahl für Funktions- und Konzeptmodelle. Es eignet sich besonders für die kurzfristige Herstellung von großen, detailgetreuen Bauteilen. Einige Arten Resin sind sogar stark genug, um nach dem Aushärten bearbeitet und veredelt zu werden.
Darüber hinaus ist Hochtemperatur-Resin ein kostengünstiges Mittel, um Gussformen für die Kleinproduktion von Prototypen zu erstellen. Der Erfolg von SLA-Resin beruht auf schneller Herstellungbarkeit und Detailgenauigkeit. Der Nachteil ist, dass Resin noch wesentlich teurer ist als anderes 3D-Drucker-Material.
SLA-3D-Drucker sind im Handel erhältlich und auch für den Heimbetrieb. Es gibt eine Vielzahl an semi-professionellen 3D-Drucker-Materialien für sie.
Technologie: SLA (Stereolithographie) Eigenschaften: Glatte Oberfläche, verhältnismäßig flexibel Anwendungen: Konzeptmodelle, Funktionsmodelle, Kunst, Werkzeugbau (Prototypenerstellung) Materialkosten: Angemessen
PolyJet-Resin
Wie SLA-Resin, simulieren die verschiedenen Arten von PolyJet-Resin die unterschiedlichen Eigenschaften von „traditionellen” 3D-Drucker-Materialien. Die meisten der verfügbaren Produkte haben ziemlich sprechende Namen, Rigur zum Beispiel ist ein 3D-Drucker-Material, dass extrem hart und beständig ist. Eine Reihe von Materialien werden als „Digital ABS” vermarktet, da sie mehrere Materialien kombinieren und ähnlich widerstandsfähig sind wie ABS. „Gummiartige” Materialien wurden für rutschfeste und vibrationsdämpfende Oberflächen verwendet. Wegen der Vielzahl an Materialien können hier nicht alle vorgestellt werden.
Der Hauptunterschied zwischen PolyJet und SLA liegt darin, dass PolyJet – nach einer Formulierung der Firma Stratasys – „Digital Materials” produzieren kann: Das sind Kombinationen von bis zu drei Materialien zur Erzeugung eines neuen, individuell abgestimmten Materials mit den optimalen Eigenschaften (volles Farbspektrum, Haltbarkeit, Hitzebeständigkeit, Transparenz, etc.). Damit eröffnen sich viele neue Anwendungsmöglichkeiten.
Während andere 3D-Drucker-Materialien nur eine visuelle Annäherung an das fertige Produkt erzeugen können, offerieren PolyJet-Bauteile eine überzeugende Simulation des Produktgefühls und der Haptik. PolyJet-Resine sind die einzigen 3D-Drucker-Materialien, die in der Lage sind, überspritzte Teile zu simulieren, also Teile mit unterschiedlichen Materialschichten.
3D-Druck-Technologie: PolyJet Eigenschaften: Hochauflösend, glatte Oberfläche, flexibel, hitzeresistent, transparent Anwendungen: Konzeptmodelle, Kunst, Schmuck, Medizintechnik, Werkzeugbau (Prototypenerstellung) Materialkosten: Angemessen
|