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Grundlagen der additiven Fertigung

Grundlagen der additiven Fertigung
Was ist additive Fertigung?

Additive Fertigung, auch als 3D-Druck bekannt, ist ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, bei der Schicht für Schicht Material aufgetragen wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erstellen. Die additive Fertigung wird oft in der Produktentwicklung, der Prototypenherstellung und der Herstellung von Ersatzteilen verwendet.

 

Inhaltsverzeichnis

1. Vorteile gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren
2. Wann lohnt sich die additive Fertigung?
3. In welchen Branchen wird die additive Fertigung eingesetzt?
4. Welche additiven Fertigungstechnologien gibt es?
5. Wer produziert additive Fertigungsanlagen?

Vorteile gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren

Die additive Fertigung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen Fertigungsmethoden wie CNC-Fräsen, Spritzguss und Stanzen. Einige dieser Vorteile sind:

  • Geometrische Flexibilität: Additive Fertigungstechnologien ermöglichen es, komplexe geometrische Formen und Designs zu erstellen, die mit konventionellen Methoden nicht möglich wären, wie beispielsweise komplexe innere Strukturen.
  • Reduzierte Werkzeugkosten: Additive Fertigungstechnologien erfordern keine teuren Werkzeuge oder Formen.
  • Ressourceneinsparung: Additive Fertigungstechnologien ermöglichen es, Material- und Energieeinsparungen durch die Möglichkeit von Teilen mit minimalem Materialverbrauch und geringem Abfall zu erstellen.

Wann lohnt sich die additive Fertigung?

Die Wirtschaftlichkeit in der additiven Fertigung hängt vor allem von diesen Faktoren ab:

  • Additive Fertigung ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Teilen mit komplexen geometrischen Formen oder inneren Strukturen, die mit konventionellen Methoden schwer oder unmöglich herzustellen sind.
  • Additive Fertigung kann sich bei geringen Stückzahlen oder bei der Produktion von Ersatzteilen lohnen, da keine teuren Werkzeuge oder Formen erforderlich sind.
  • Additive Fertigung kann die Fertigungszeit erheblich verkürzen.
  • Additive Fertigung ist eine schnelle und kosteneffiziente Möglichkeit, Prototypen herzustellen.
  • Additive Fertigung kann schnell und einfach Ersatzteile oder Reparaturen herstellen, ohne dass teure Werkzeuge oder Formen erforderlich sind.

In welchen Branchen wird die additive Fertigung eingesetzt?

Die additive Fertigung wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter sind Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Medizintechnik, Energie, Werkzeug- und Formenbau, Schmuckherstellung, Baugewerbe und Militär- und Verteidigungsindustrie.

Welche additiven Fertigungstechnologien gibt es?

Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine Technologie der additiven Fertigung, bei der thermoplastisches Filament durch eine Düse erhitzt und Schicht für Schicht aufgetragen wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erstellen. Es ist eine der am häufigsten verwendeten Technologien des 3D-Drucks und ist aufgrund seiner Einfachheit, Zugänglichkeit und Kosteneffizienz sehr populär. Der Prozess beginnt mit dem Erstellen eines 3D-Modells mit einer speziellen Software, die das Modell in Schichten unterteilt. Das Filament wird dann in eine Extruder-Einheit eingespeist, wo es erhitzt und durch eine Düse gepresst wird. Die Düse bewegt sich über eine Plattform und legt das erhitzte Filament Schicht für Schicht auf, um das Modell aufzubauen. FDM ist am besten geeignet für die Herstellung von Prototypen, Ersatzteilen und kleinen Serien. Es kann mit einer Vielzahl von thermoplastischen Materialien wie ABS, PLA, Nylon und TPU arbeiten. Es hat jedoch auch einige Einschränkungen bezüglich der Genauigkeit und Oberflächenqualität des gedruckten Teils.

Stereolithographie (SLA) verwendet einen Laser, um Schicht für Schicht ein flüssiges Harz auszuhärten und so ein Bauteil aufzubauen. Der Prozess beginnt damit, dass das Harz in den Bauraum gefüllt wird. Ein Laser fokussiert dann auf die Oberfläche des Harzes, um es auszuhärten und die erste Schicht des Modells zu bilden. Die Plattform sinkt dann ab, um Platz für die nächste Schicht zu schaffen, und der Prozess wiederholt sich. SLA ist am besten geeignet für die Herstellung von Prototypen, kleinen Serien und komplexen geometrischen Formen. Es hat eine höhere Genauigkeit und eine bessere Oberflächenqualität als FDM und kann mit einer Vielzahl von Harzmaterialien wie Epoxidharzen, Polyurethanharzen und Acrylharzen arbeiten. Es ist jedoch auch teurer und hat längere Fertigungszeiten als FDM.

Selective Laser Sintering (SLS) ist eine Technologie bei der pulverisiertes Material Schicht für Schicht durch den Einsatz eines Lasers geschmolzen und geformt wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erstellen. Es gehört zur Gruppe der pulverbasierten Technologien. Der Prozess beginnt auch hier mit dem Erstellen eines 3D-Modells mit einer speziellen Software, die das Modell in Schichten unterteilt. Das pulverisierte Material wird auf eine Plattform aufgetragen und dann von einem Laserstrahl erhitzt, um es zu schmelzen und die erste Schicht des Modells zu bilden. Die Plattform sinkt dann ab, um Platz für die nächste Schicht zu schaffen, und der Prozess wiederholt sich. SLS ist am besten geeignet für die Herstellung von Prototypen, Ersatzteilen und kleinen Serien von funktionsfähigen Teilen. Für das SLS-Verfahren kann eine Vielzahl von Kunststoffen wie Polyamide, ABS, PC, PEEK, PE, PP, PVC, TPE oder TPU eingesetzt werden.

Selective Laser Melting (SLM) (auch Laser-Powder-Bed-Fusion-Technologie (LPBF)) ist eine Technologie, die verwendet wird, um dreidimensionale Objekte aus pulverisierten Metallen aufzubauen. Es ist eine Variante von Selective Laser Sintering (SLS) mit dem Unterschied, dass es das pulverisierte Metall vollständig schmilzt und nicht nur aushärtet, wodurch eine höhere Dichte und Festigkeit erreicht wird. SLM ist am besten geeignet für die Herstellung von komplexen geometrischen Formen, funktionsfähigen Teilen und Ersatzteilen, die hohen Anforderungen an Festigkeit, Härte und Dichte standhalten müssen. Es kann mit einer Vielzahl von pulverisierten Metallen wie Aluminium, Titan, Edelstahl und Nickel-Legierungen arbeiten. Es hat jedoch auch einige Einschränkungen bezüglich der Genauigkeit und Oberflächenqualität des gedruckten Teils und erfordert auch eine Nachbearbeitung.

Binder Jetting ist eine Technologie, bei der ein Bindemittel auf ein Pulvermaterial aufgetragen wird, das dann unter Wärme/Energie zu einem festen Teil verschmolzen wird. Es gehört zur Gruppe der pulverbasierten Technologien. Binder Jetting ist am besten geeignet für die Herstellung von großen Teilen mit niedriger bis mittlerer Dichte und komplexen geometrischen Formen. Es kann mit einer Vielzahl von Pulvermaterialien wie Sand, Gips, Keramik-, Kunststoff- und Metall-Pulver arbeiten. Das Verfahren hat jedoch auch einige Einschränkungen bezüglich der Genauigkeit und Oberflächenqualität des gedruckten Teils und erfordert auch eine Nachbearbeitung.

Werkstoffe


Wer produziert additive Fertigungsanlagen?

Es gibt viele Hersteller von additiven Fertigungsanlagen auf dem Markt, einige der führenden Unternehmen sind:

HP: Ein US-amerikanisches Unternehmen, das eine Reihe von 3D-Drucklösungen im Bereich der additiven Fertigung anbietet. Das Unternehmen hat die Multi Jet Fusion (MJF) Technologie entwickelt, die es ermöglicht, schnell und präzise Bauteile herzustellen.

Stratasys: Ein Hersteller von 3D-Druckern, der sowohl FDM- als auch PolyJet-Technologien anbietet.

Ultimaker: Ein niederländisches Unternehmen, das eine breite Palette von 3D-Druckern für den Einsatz in der Produktion und im Bildungsbereich anbietet.

Formlabs: Ein US-amerikanisches Unternehmen, das hochauflösende SLA-3D-Drucker sowie Materialien und Software anbietet.

EOS: Ein deutsches Unternehmen, das hauptsächlich auf die Herstellung von industriellen 3D-Druckern für den Einsatz in der Produktion spezialisiert ist.

Trumpf: Ein deutsches Unternehmen, das sich auf die Herstellung von industriellen Maschinen und Anlagen spezialisiert hat, darunter auch Lösungen für die additive Fertigung. Trumpf bietet eine Reihe von 3D-Drucklösungen im Bereich der additiven Fertigung an, einschließlich der Laser-Powder-Bed-Fusion-Technologie (LPBF), auch bekannt als Selective Laser Melting (SLM) und Directed Energy Deposition (DED).

SLM Solutions: Ein deutsches Unternehmen, das hauptsächlich auf die Herstellung von industriellen 3D-Druckern für den Einsatz in der Produktion spezialisiert ist.

Voxeljet: Ein deutsches Unternehmen, das hauptsächlich auf die Herstellung von industriellen 3D-Druckern für den Einsatz in der Produktion spezialisiert ist.

3D Systems: Ein US-amerikanisches Unternehmen, das eine breite Palette von 3D-Drucktechnologien und -materialien anbietet, darunter SLA, SLS, MJF, FDM und DMP.

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