3D-Drucker-Arten & Technologien

 

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Kurz & kompakt: 3D-Drucker als Game-Changer in der der Produktion

Der 3D-Druck hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt.

✅  Dies führt dazu, dass die verschiedenen 3D-Drucker-Arten immer mehr Industriezweige erobern.

✅  Innovative 3D-Drucker-Technologien ermöglichen die Herstellung komplexer Objekte aus verschiedensten Materialien.

✅  Dadurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten in der Produktentwicklung und Fertigung für kleine und mittlere Unternehmen (KMU).

In diesem Artikel erläutern und vergleichen wir die unterschiedlichen 3D-Drucker-Arten & Technologien und geben wertvolle Handlungsempfehlungen.

Hier finden Sie einen einfachen und informativen Einstieg in die Welt der 3D-Drucker für KMU.

 

Inhaltsübersicht

 

 

 

Abgrenzung der 3D-Drucker-Arten

Technologien & Verfahren, Bauweise, Materialien & Anwendungsgebiete: Um die Vielfalt der 3D-Drucklandschaft zu verstehen, ist es wichtig, die verschiedenen Möglichkeiten der Abgrenzung zu kennen.

Die verschiedenen 3D-Drucker-Arten lassen sich anhand

✓ der eingesetzten Technologien & Verfahren

✓ der Bauweise

✓ der verwendeten Druckmaterialien

✓ und der Einsatzzwecke

kategorisieren.

So gibt es beispielsweise pulverbasierte Verfahren wie das Selektive Lasersintern (SLS) oder extrusionsbasierte Technologien wie das Fused Deposition Modeling (FDM).

Auch hinsichtlich der Bauweise unterscheiden sich die Systeme: Es gibt Drucker mit kartesischem Aufbau, Delta-Drucker oder Polar-Drucker.

Das Spektrum der Druckmaterialien reicht von Kunststoffen über Metalle bis hin zu Keramiken und ermöglicht so den Einsatz in verschiedensten Branchen, von der Automobil- und Luftfahrtindustrie über die Medizintechnik bis hin zur Konsumgüterbranche.

In diesem Artikel werden die verschiedenen 3D-Drucker-Arten primär anhand ihrer verwendeten Technologien und Verfahren analysiert.

 

FDM – Die populärste 3D-Drucker-Technologie

Fused Deposition Modeling (FDM) ist die am weitesten verbreitete 3D-Druck-Technologie.

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Beim Fused Deposition Modeling

  • wird ein thermoplastisches Filament (= drahtförmiger Kunststoff)
  • durch eine beheizte Düse extrudiert (= herausgepresst)
  • und schichtweise auf einer Bauplattform abgelegt.
  • Nach jeder Schicht senkt sich die Plattform minimal ab,
  • so dass nach und nach das gewünschte Objekt entsteht.

FDM eignet sich besonders für Prototypen und Funktionsteile aus Kunststoff.

Die verwendeten Materialien & Kunststoffe beim Fused Deposition Modeling finden Sie hier im Detail erklärt.

Die Vorteile liegen in den relativ geringen Kosten für Drucker und Material sowie der einfachen Bedienung.

Nachteile sind die begrenzte Detailtreue und Oberflächenqualität.

 

Stereolithographie (SLA) – Hochpräziser 3D-Druck mit Photopolymeren

Die Stereolithographie (SLA) gehört ebenfalls zu den sehr populären 3D-Drucker-Arten.

Bei der SLA-Technologie

  • kommt ein flüssiges, lichtempfindliches Harz zum Einsatz,
  • das mittels Laser
  • oder UV-Licht
  • schichtweise ausgehärtet wird.

Die Stereolithographie ermöglicht sehr feine Details und glatte Oberflächen, weshalb das Verfahren oft für hochwertige Prototypen, Dentalprodukte oder Schmuckstücke verwendet wird.

Die Vorteile liegen in der hohen Präzision und Oberflächengüte.

Nachteile sind die höheren Kosten für Material und Nachbearbeitung sowie die begrenzte Haltbarkeit der Bauteile.

 

Selektives Lasersintern (SLS) – Pulverbasierter 3D-Druck für komplexe Geometrien

Beim Selektiven Lasersintern (SLS)

  • wird ein Pulverbett aus Kunststoff, Metall oder Keramik
  • mittels Laser punktuell aufgeschmolzen
  • und so Schicht für Schicht das Bauteil aufgebaut.

SLS eignet sich hervorragend für komplexe Geometrien und Hohlstrukturen, da kein Stützmaterial erforderlich ist. Zudem sind die Bauteile sehr stabil und langlebig.

Einsatzgebiete sind beispielsweise die Luft- und Raumfahrt, der Automobilbau oder die Medizintechnik.

Nachteile liegen in den hohen Anschaffungskosten für die Anlagen und der aufwändigen Nachbearbeitung.

 

Digital Light Processing (DLP) – Schneller harzbasierter 3D-Druck

Digital Light Processing (DLP)

  • ist ähnlich der Stereolithographie,
  • verwendet jedoch anstelle eines Lasers eine digitale Lichtprojektion
  • zur schichtweisen Aushärtung des flüssigen Photopolymers.

DLP ermöglicht eine sehr hohe Druckgeschwindigkeit, da jeweils eine komplette Schicht auf einmal beleuchtet wird.

Das Verfahren eignet sich gut für die Serienproduktion kleinerer Bauteile mit feinen Details, beispielsweise in der Dentaltechnik oder im Schmuckdesign.

Vorteile sind die Geschwindigkeit und Präzision.

Nachteile betreffen die hohen Materialkosten und die begrenzte Bauteilgröße.

 

Binder Jetting (BJ) – Vielseitiger 3D-Druck für Metall, Keramik & Composites

Binder Jetting (BJ) ist

  • ein pulverbasiertes Verfahren,
  • bei dem ein flüssiges Bindemittel
  • selektiv auf das Pulverbett aufgebracht wird,
  • um die Pulverpartikel zu verkleben.
  • Anschließend wird das Bauteil im Ofen gesintert,
  • um die endgültigen mechanischen Eigenschaften zu erhalten.

BJ eignet sich für eine breite Palette von Materialien wie Metalle, Keramiken oder Verbundwerkstoffen und ermöglicht die große Herstellung komplexer Bauteile.

Vorteile sind die Vielseitigkeit und Geschwindigkeit.

Nachteile die geringere Dichte und Festigkeit im Vergleich zu anderen Metalldruckverfahren.

 

Material Jetting (MJet) – Hochauflösender Inkjet-3D-Druck mit mehreren Materialien

Material Jetting (MJet)

  • basiert auf dem Inkjet-Verfahren,
  • bei dem flüssige Fotopolymere oder geschmolzene Materialien
  • präzise auf die Bauplattform aufgetragen
  • und mittels UV-Licht ausgehärtet werden.

MJet ermöglicht die Kombination mehrerer Materialien und Farben in einem Druckvorgang und erzielt sehr feine Details und glatte Oberflächen.

Hauptanwendungsgebiete sind realistische Prototypen, Betrachtungsmodelle oder Kleinserien.

Vorteile sind die hohe Auflösung und Multimaterialfähigkeit.

Nachteile liegen in den hohen Kosten und der begrenzten Haltbarkeit.

 

Elektronenstrahlschmelzen (EBM) – Leistungsstarker 3D-Druck für Metalle

Beim Elektronenstrahlschmelzen (EBM) wird

  • in einer Vakuumkammer
  • eine Metallpulverschicht
  • selektiv durch einen Elektronenstrahl aufgeschmolzen.

Die Bauteile weisen eine sehr hohe Dichte, Festigkeit und Biokompatibilität auf, weshalb EBM vor allem für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Medizintechnik genutzt wird.

Vorteile sind die hervorragenden mechanischen Eigenschaften und die hohe Produktivität.

Die Nachteile sind die sehr hohen Anschaffungs- und Betriebskosten.

 

Laminated Object Manufacturing (LOM) – Schichtweiser Foliendruck für große Bauteile

Laminated Object Manufacturing (LOM) ist ein Verfahren,

  • bei dem Folien aus Papier, Kunststoff oder Metall
  • mittels Hitze und Druck
  • schichtweise laminiert
  • und mit einem Laser oder Messer
  • in die gewünschte Kontur geschnitten werden.

LOM eignet sich für schnelle, kostengünstige Prototypen und große Bauteile.

Vorteile sind die Geschwindigkeit und die geringen Materialkosten.

Die Nachteile bestehen in der begrenzten Präzision und der Oberflächenqualität.

 

Vergleich der 3D-Drucker-Arten

Um die Unterschiede zwischen den 3D-Druck-Technologien auf einen Blick zu erfassen, haben wir die wichtigsten Informationen zu den verschiedenen 3D-Drucker-Arten & Technologien bzw. Verfahren in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Technologie Verfahren Bereiche Geeignet für Vorteile Nachteile Nutzen-Kosten-Profil
FDM Extrusion Prototypen, Funktionsteile Kunststoffe Kostengünstige, einfache Bedienung Begrenzte Detailtreue und Oberflächenqualität ++
SLA Photopolymerisation Hochwertige Prototypen, Dentalprodukte, Schmuck Kunstharze Hohe Präzision und Oberflächengüte Höhere Material- und Nachbearbeitungskosten, begrenzte Haltbarkeit +
SLS Pulverbett Komplexe Geometrien, Hohlstrukturen Kunststoffe, Metalle, Keramiken Stabile, langlebige Bauteile, keine Stützstrukturen nötig Hohe Anschaffungskosten, aufwändige Nachbearbeitung O
DLP Photopolymerisation Serienproduktion kleiner Bauteile mit feinen Details Kunstharze Hohe Geschwindigkeit und Präzision Hohe Materialkosten, begrenzte Bauteilgröße O
Binder Jetting Pulverbett Große, kommunale Bauteile Metalle, Keramik, Verbundwerkstoffe Vielseitigkeit, Geschwindigkeit Geringere Dichte und Festigkeit als andere Metalldruckverfahren +
Materialstrahlen Tintenstrahl Realistische Prototypen, Betrachtungsmodelle, Kleinserien Fotopolymere, Wachse Hohe Auflösung, Multimaterialfähigkeit Hohe Kosten, begrenzte Haltbarkeit –
EBM Pulverbett Anspruchsvolle Bauteile für Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik Metalle Hervorragende mechanische Eigenschaften, hohe Produktivität Sehr hohe Anschaffungs- und Betriebskosten –
LOM Schichtlaminierung Schnelle, kostengünstige Prototypen, große Bauteile Papier, Kunststoff- oder Metallfolien Geschwindigkeit, geringe Materialkosten Begrenzte Präzision und Oberflächenqualität +

 

Preiskategorien und Investitionskosten der verschiedenen 3D-Drucker-Arten

Die Investitionskosten für 3D-Drucker variieren stark

  • je nach Technologie
  • Leistungsfähigkeit
  • und Anwendungsbereich.

Einsteigermodelle für den Desktopbereich, wie FDM-Drucker, sind bereits ab wenigen hundert Euro erhältlich.

Professionelle Systeme für die industrielle Fertigung, beispielsweise SLS-, EBM- oder Binder-Jetting-Anlagen, können jedoch mehrere hunderttausend bis zu mehrere Millionen Euro kosten.

Neben den Anschaffungs-Kosten müssen auch die laufenden Kosten

  • für Material
  • für Wartung
  • und Betrieb

berücksichtigt werden, die je nach Technologie und Auslastung stark schwanken können.

 

Handlungsempfehlungen für die Auswahl eines 3D-Druckers

Bei der Auswahl eines 3D-Druckers sollten Sie zunächst Ihre Anforderungen und Ziele klar definieren:

  • Welche Materialien sollen verarbeitet werden?
  • Welche Bauteil-Eigenschaften & -größen werden benötigt?
  • Wie hoch sind die geforderte Präzision und Oberflächenqualität?
  • Welche Stückzahlen sollen produziert werden?
  • Wie hoch ist das verfügbare Budget für Anschaffung und Betrieb?

Anhand dieser Kriterien können Sie die in Frage kommenden 3D-Druck-Technologien eingrenzen und geeignete Anbieter und Modelle recherchieren.

Lassen Sie sich ausführlich beraten und vergleichen Sie verschiedene Optionen sorgfältig. Achten Sie auch auf Faktoren wie Benutzerfreundlichkeit, Zuverlässigkeit, Support und Serviceleistungen des Herstellers.

Oft empfiehlt es sich, zunächst Musterteile oder Benchmarks zu drucken, um die Leistungsfähigkeit und Qualität des Druckers im praktischen Einsatz zu testen.

Profi-Tipp:

Lassen Sie unbedingt VOR Ihrer Entscheidung prüfen, ob bzw. welche Fördergelder & Zuschüsse es für Ihr Investitions-Vorhaben gibt.

 

Fazit zu den 3D-Drucker-Technologien und Arten

Die Welt der 3D-Drucker bietet eine faszinierende Vielfalt an Technologien und Verfahren für die additive Fertigung.

Ob FDM, SLA, SLS, DLP, Binder Jetting, Material Jetting, EBM oder LOM – jedes Verfahren hat spezifische Stärken und Einsatzgebiete.

Eine Klassifizierung der verschiedenen 3D-Drucktechnologien laut VDI-Richtlinie finden Sie auch hier.

Durch die sorgfältige Auswahl der passenden Technologie und des richtigen Druckers können kleine oder mittlere Unternehmen (KMU) beeindruckende Ergebnisse erzielen – von hochpräzisen Prototypen über individualisierte Kleinserien bis hin zu komplexen Funktionsbauteilen.

Der 3D-Druck wird die Produktion in vielen Branchen revolutionieren und birgt enormes Potenzial für Innovationen und Effizienzsteigerungen in mittelständischen Unternehmen. Jedes KMU sollte diese spannende Schlüsseltechnologie im Blick zu behalten und die Chancen des 3D-Drucks für den eigenen Betrieb sinnvoll nutzen.

 

 

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