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Die Welt des 3D-Drucks umfasst verschiedene Verfahren und Materialien. Basierend auf unterschiedlichen Formgebungsprinzipien und verwendeten Materialien finden Sie hier eine Klassifizierung der heute verfügbaren gängigen 3D-Drucktechnologien.
Die Fused Deposition Modeling (FDM)-Technologie, auch als Materialextrusion bekannt, verwendet Filamentmaterialien als Rohstoff und hält das halbflüssige Formmaterial knapp über seinem Schmelzpunkt. Unter Computersteuerung bewegt sich die Düse in der X-Y-Ebene gemäß den CAD-Schnittdaten und extrudiert das halbflüssige Filament. Das geschmolzene Material wird auf die Bauplattform aufgetragen und kühlt ab, um eine Querschnittsschicht des Werkstücks zu bilden. Nachdem eine Schicht geformt ist, bewegt sich die Düse um eine Schichthöhe nach oben und trägt die nächste Schicht auf, wodurch Schicht für Schicht ein 3D-gedrucktes Objekt entsteht.
Die Technologie des Selektiven Lasersinterns (SLS) wurde ursprünglich von der University of Texas in Austin vorgeschlagen und später 1992 von der DTM Corporation kommerzialisiert. Die SLS-Technologie verwendet einen Kohlendioxidlaser (CO2-Laser) als Energiequelle und nutzt hauptsächlich verschiedene Pulvermaterialien. Der SLS-Druckprozess beginnt damit, dass eine dünne, gleichmäßige Pulverschicht auf der Bauplattform verteilt wird. Unter Computersteuerung sintert ein Laserstrahl das Pulver selektiv gemäß der Querschnittskontur des Bauteils. Sobald eine Schicht abgeschlossen ist, wird neues Pulver für die nächste Schicht aufgetragen. Nachdem das gesamte Sintern abgeschlossen ist, wird überschüssiges Pulver entfernt, und abschließende Behandlungen wie Polieren und Trocknen ergeben das endgültige Bauteil.
Das Prozessprinzip des Selektiven Laserschmelzens (SLM) ist im Wesentlichen dasselbe wie beim SLS. Diese Technologie verwendet meist eine Mischung verschiedener Metallpulver, bei der sich die Komponenten während des Sinterns gegenseitig ergänzen, um eine hohe Präzision zu gewährleisten. SLM erfordert einen Laser mit hoher Leistungsdichte, um das Metallpulver schnell aufzuschmelzen, und ist eine vielversprechende Technologie für den 3D-Druck von Metallteilen. Zu den typischen Materialien gehören austenitischer Edelstahl, Nickelbasislegierungen, Titanbasislegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen und Edelmetalle. Das schnelle Aufschmelzen erreicht eine vollständige metallurgische Bindung und erzeugt nahezu vollständig dichte und hochpräzise Metallteile nahezu jeder Form.
Die Stereolithografie (SLA) verwendet flüssiges photopolymerisierbares Harz als Rohmaterial. Gemäß den vorgegebenen, vom Computer erzeugten Querschnittskonturen scannt ein Ultraviolettlaser (UV-Laser) das flüssige Harz Punkt für Punkt. Dies löst eine Photopolymerisationsreaktion im gescannten Bereich aus, die ihn zu einer dünnen Schicht verfestigt. Sobald eine Schicht ausgehärtet ist, bewegt sich die Bauplattform, und eine frische Schicht flüssigen Harzes bedeckt die ausgehärtete Oberfläche für den nächsten Scanschritt und haftet fest an der vorherigen Schicht. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das gesamte Objekt geformt ist.
Laminated Object Manufacturing (LOM), auch als Schichtlaminierung bekannt, funktioniert, indem ein Laser oder ein Messer dünne Schichtmaterialien Schicht für Schicht schneidet und stapelt, um einen 3D-festen Körper zu formen. Typischerweise werden Materialien wie Papier, Kunststofffolie oder Verbundfolien verwendet. Ein Laser schneidet die Innen- und Außenkonturen des Querschnitts auf einer mit Schmelzklebstoff beschichteten Folie. Eine Zuführmechanik legt dann eine neue Folie darauf, die mit einer beheizten Walze auf die vorherige Schicht gepresst und geklebt wird, bevor sie erneut geschnitten wird. LOM wird häufig zur Herstellung von Formen, Modellen und manchmal auch direkten Strukturteilen verwendet.
Das Dreidimensionale Drucken (3DP), eng verwandt mit dem Binder Jetting, ähnelt dem SLS-Verfahren, da es ebenfalls Pulvermaterialien verwendet. Anstatt jedoch einen Laser zum Sintern des Pulvers zu verwenden, trägt ein Druckkopf ein flüssiges Bindemittel (z. B. Silikagel) auf das Pulverbett auf, um den Querschnitt zu "drucken". Auf diese Weise verbundene Teile haben zunächst eine geringere Festigkeit und erfordern in der Regel eine Nachbearbeitung (z. B. Infiltration). 3DP kann eine breite Palette von Materialien verarbeiten, darunter Gips, Kunststoff, Keramik und Metall, und ermöglicht den Vollfarbdruck. Das ungebundene Pulver dient als natürliche Stütze und ermöglicht komplexe innere Geometrien.
Die Gerichtete Energieabscheidung (DED), die auch das mehrschichtige Laserauftragschweißen umfasst, wird hauptsächlich zur Herstellung von Rohlingen großer Metallteile verwendet. Sie nutzt einen Laser oder eine andere Energiequelle, um Material (Draht oder Pulver) synchron zu schmelzen, während es aus einer Düse abgeschieden wird. Das geschmolzene Material erstarrt zu einer festen Schicht, die sich nacheinander stapelt, um ein 3D-Bauteil aufzubauen. Obwohl DED eine relativ geringere Formgenauigkeit aufweist, ist sein Bauraum praktisch unbegrenzt, was es ideal für die Großserienfertigung und die Reparatur bestehender Metallteile macht.
Nach intensiver Forschung und Entwicklung wird das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) heute häufig im Rapid Prototyping, in der Fertigung, im Werkzeugbau und in der biomedizinischen Technik eingesetzt. EBM nutzt einen hochenergetischen Elektronenstrahl in einer Vakuumumgebung, um Metallpulver Schicht für Schicht zu schmelzen und vollständig dichte Bauteile zu erzeugen. Bekannt für seine Fähigkeit, hochkomplexe geometrische Formen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften direkt zu verarbeiten, ist der EBM-Prozess perfekt für die direkte Massenproduktion komplexer Kleinserienkomponenten geeignet.
Die 3D-Druckindustrie entwickelt sich ständig weiter, mit neuen Konzepten und Durchbrüchen. Weitere bemerkenswerte Verfahren sind das Direkte Metall-Lasersintern (DMLS), die Continuous Liquid Interface Production (CLIP) und verschiedene hybride Fertigungstechnologien, die die Grenzen von Geschwindigkeit und Materialfähigkeiten erweitern.