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Wählen Sie den falschen 3D-Drucker? 7 Arten der additiven Fertigung

Professionelles Porträtfoto von James Miller, EPTAHUB-Fertigungsexperte und technischer Autor.

Verfasst von

James Miller
Ungefähr 12 Minuten
Ein Infografik-Banner von EPTAHUB, das die sieben offiziellen Kategorien der additiven Fertigung gemäß der Norm ISO/ASTM 52900:2015 darstellt, darunter Materialextrusion, Vakuum-Photopolymerisation und Pulverbettfusion.

Inhaltsverzeichnis

In meinen 12 Jahren als Manager von Lieferketten für Rapid Prototyping und Massenproduktion bei eptahub.com hat mich nichts mehr frustriert als die Frage eines Kunden:, “Können wir das einfach im 3D-Druckverfahren ausdrucken?”

Für einen Maschinenbauingenieur ist “3D-Druck” ein nutzloses, verbraucherorientiertes Schlagwort. Es ist, als würde man einen Chirurgen fragen, ob er “ein Messer benutzen” darf. Welches Messer? Ein Skalpell oder eine Knochensäge?

Im industriellen Fertigungssektor verwenden wir nicht den Begriff 3D-Druck; wir verwenden Additive Fertigung (AM). Wenn Sie fragen, “Wie viele Arten der additiven Fertigung gibt es?”, Die Antwort ist keine Frage der Meinung oder des Markenimages. Die Antwort lautet exakt sieben.

Die weltweit führende Autorität auf diesem Gebiet ist die ASTM F42 – Additive Fertigung Das Komitee entfernte alle firmeneigenen Marketing-Akronyme von Stratasys, 3D Systems und EOS und kategorisierte mathematisch jede additive Technologie der Welt auf der Grundlage ihrer fundamentalen Physik und Zustandsänderungen.

Wer den Unterschied zwischen einer Photopolymerisationsreaktion und einem Schmelzbad mittels gerichteter Energiedeposition nicht kennt, wählt die falsche Technologie, das Bauteil versagt unter Last katastrophal, und man verschwendet Zehntausende von Dollar.

Die ASTM F42-Matrix für Ingenieure: Die 7 Kategorien

Bevor wir uns mit der thermodynamischen Physik der einzelnen Prozesse befassen, müssen Sie den globalen Standard auswendig lernen. Nachfolgend finden Sie die strenge technische Matrix, die die folgenden Punkte definiert: 7 Arten der additiven Fertigung, ihre branchenüblichen Akronyme und ihre Aggregatzustände.

ASTM F42 Kategorie Gebräuchliche Akronyme / Handelsnamen Primärmaterialzustand Phasenübergangs-/Fusionsmechanismus Primäre technische Anwendung
1. Materialextrusion FDM, FFF Massiver Polymerdraht Thermisches Schmelzen (Extrusion) Schnellbauvorrichtungen, Lehren, kostengünstige Strukturprototypen.
2. Pulverbettfusion SLS, DMLS, SLM, EBM Polymer- oder Metallpulver Laser-/Elektronenstrahlsintern Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, komplexe interne Geometrien.
3. Photopolymerisation im Küpenbad SLA, DLP, MSLA Flüssiges Photopolymerharz UV-Licht-Photochemische Aushärtung Mikrofluidik, Zahnschienen, hochpräzise Formen.
4. Materialstrahlverfahren PolyJet, DOD Flüssigkeitströpfchen UV-Lichthärtung / Thermische Kühlung Anatomische oder ästhetische Modelle in Vollfarbe, aus verschiedenen Materialien.
5. Binder Jetting MBJ, Sand Binder Jetting Pulver (Metall, Sand) Flüssiges chemisches Bindemittel Großserienfertigung von Grünmetallteilen, massive Sandgussformen.
6. Gerichtete Energiedeposition TED, LENS, EBAM Metalldraht oder -pulver Laser-/Plasma-Schmelzbad Reparatur massiver Turbinenschaufeln, Hinzufügen von Funktionen zu CNC-Teilen.
7. Blattkaschierung LOM, UAM Vollpapier, Metallfolie Ultraschallschweißen / Kleben Hybridfertigung, Einbettung von Elektronik in Metall.

Typ 1: Materialextrusion (Die Basislinie)

Wenn die breite Öffentlichkeit denkt an Beispiele für additive Fertigung, Sie denken dabei ausnahmslos an Materialextrusion (allgemein bekannt als FDM).

  • Die Physik: Ein festes thermoplastisches Filament (wie ABS, Polycarbonat oder Carbonfaser-Nylon) wird durch eine beheizte Düse gepresst. Die Maschine zeichnet einen 2D-Querschnitt, hebt die Z-Achse an und trägt die nächste Schicht darauf auf.

Eine Illustration von EPTAHUB zeigt eine 3-Achs-CNC-Fräsmaschine, die die subtraktive Fertigung als Kontrast zum Schwerpunkt des Artikels auf additiver Fertigung darstellt. Die Bewegungsachsen X, Y und Z sind deutlich gekennzeichnet.

  • Die technische Realität: Es ist zwar günstig und leicht zugänglich, aber im Grunde genommen anisotrop. Da das Bauteil durch das Stapeln halbschmelzflüssiger Kunststoffschichten aufgebaut ist, stellt die Z-Achse (die Verbindung zwischen den Schichten) eine erhebliche strukturelle Schwachstelle dar. Bei eptahub.com verwenden wir die Materialextrusion daher grundsätzlich nicht für Druckbehälter oder Bauteile, die multidirektionalen Scherkräften ausgesetzt sind. Wir setzen sie fast ausschließlich für Fertigungsvorrichtungen, Ausrichtvorrichtungen und die grundlegende Formfaktorvalidierung ein.

Typ 2: Pulverbettfusion (Das industrielle Kraftpaket)

Wenn Sie recherchieren Arten der additiven Metallfertigung Wenn es um hochfunktionale Polymerteile geht, ist das Pulverbettfusionsverfahren (PBF) der unbestrittene König der Fertigungshalle.

Eine vierteilige Infografik von EPTAHUB vergleicht verschiedene additive Fertigungsverfahren, darunter (a) Directed Energy Deposition, (b) Powder Bed Fusion, (c) Laminated Object Manufacturing und (d) Selective Laser Sintering (SLS).

  • Die Physik: Eine Rakel verteilt eine mikroskopisch dünne Pulverschicht (typischerweise 20 bis 50 Mikrometer dick) auf der Bauplattform. Ein Hochleistungslaser (oder Elektronenstrahl) fährt die Konturen des CAD-Modells ab. Die thermische Energie des Lasers schmilzt das Pulver augenblicklich und verbindet es zu einer festen Masse. Die Bauplattform senkt sich ab, eine neue Pulverschicht wird aufgetragen, und der Vorgang wiederholt sich.
  • Die technische Realität: Für Polymere verwenden wir Selektives Lasersintern (SLS) mit Nylon (PA12). Für Metalle verwenden wir Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) mit Titan, Inconel oder Aluminium.
  • Der ultimative Vorteil: PBF ist vollständig selbsttragend. Da das Bauteil innerhalb eines dichten Blocks aus ungesintertem Pulver aufgebaut wird, sind keine Stützstrukturen erforderlich. Dies ermöglicht es Ingenieuren, extrem komplexe interne Geometrien zu entwerfen – wie beispielsweise konturnahe Kühlkanäle im Inneren. Spritzgussformen oder Gitterstrukturen innerhalb von Halterungen für die Luft- und Raumfahrt – die mit herkömmlichen 5-Achs-CNC-Bearbeitungsmethoden niemals hergestellt werden könnten.

Typ 3: Photopolymerisation im Küvettenverfahren (Präzision im Mikrometerbereich)

Wenn Maßtoleranzen und Oberflächenbeschaffenheit Unter Ausklammerung aller anderen mechanischen Anforderungen verzichten wir auf das thermische Schmelzen und wenden uns der Photochemie zu.

Ein EPTAHUB-Flussdiagramm veranschaulicht den digitalen Arbeitsablauf für den 3D-Druck eines Zahnimplantats, einschließlich der Schritte: Mikro-CT-Datenscanning, GPA-Software-Segmentierung, Modell-Slicing, 3D-Druck, Waschen und Vorbereitung.

  • Die Physik: Eine Bauplattform wird in ein Becken mit giftigem, flüssigem Photopolymerharz abgesenkt. Ein UV-Laser (SLA) oder ein digitaler UV-Projektor (DLP) projiziert Licht durch den Boden des Beckens nach oben. Trifft das UV-Licht auf das Harz, löst es eine photochemische Reaktion aus, die die flüssigen Monomere sofort zu einer festen Polymerschicht vernetzt.
  • Die technische Realität: Dies ist eines der ältesten additive Fertigungsverfahren, aber es bleibt das präziseste Verfahren. Wir können Schichthöhen von 10 Mikrometern (0,01 mm) erreichen.
  • Der Nachteil: Photopolymere sind bekanntermaßen sehr spröde. Da sie zudem auf UV-Licht reagieren, vernetzt sich ein SLA-Bauteil bei Sonneneinstrahlung weiter, wird extrem spröde und zerbricht schließlich. Wir verwenden dieses Material ausschließlich für mikrofluidische Tests, hochpräzise Gussformen und ästhetische Modellierungen, bei denen eine spiegelglatte Oberfläche unerlässlich ist.

Fallstudie aus dem Ingenieurwesen: Der Hochdruck-Hydraulikverteiler

Um zu verstehen, warum man die Kenntnis der Arten von additiven Fertigungsverfahren Um katastrophale Ausfälle zu verhindern, ist es entscheidend, eine Fehleranalyse zu untersuchen, die ich für einen Tier-2-Zulieferer der Luft- und Raumfahrtindustrie durchgeführt habe, der das Fertigungsnetzwerk von eptahub.com nutzen möchte.

Das Szenario: Der Kunde wünschte die Neugestaltung eines komplexen Hydraulikverteilers aus Aluminium. Um Gewicht zu sparen, höhlte das Konstruktionsteam den Block aus und schuf so komplexe, geschwungene interne Fluidkanäle. Dadurch wurden die harten 90-Grad-Winkel zwischen den Kanälen vermieden, die bei herkömmlichen Tiefbohrverfahren auftreten.
Der dem Projekt zugeteilte Nachwuchsingenieur blickte auf Vorteile der additiven Fertigung, sah, dass Binder Jetting (Typ 5) war bei Metallen äußerst kostengünstig und schnell, und es wurden 50 Prototypen aus 316L bestellt. Edelstahl.

Ein großer, präzisionsgefertigter, blau eloxierter Aluminium-Hydraulikverteilerblock, ein Beispiel für ein komplexes Bauteil aus fortschrittlicher Fertigungstechnik, steht auf einer Werkbank bei EPTAHUB.

Das Scheitern: Die Teile trafen ein und wiesen eine geometrisch perfekte Passform auf. Die Techniker montierten den ersten Verteiler am Prüfstand und setzten die Hydraulikflüssigkeit auf 3.000 PSI unter Druck.
Innerhalb weniger Sekunden begann der Verteiler, Hydraulikflüssigkeit direkt durch die massiven Stahlwände zu “schwitzen”. Das Bauteil explodierte nicht; es saugte einfach wie ein Schwamm Flüssigkeit auf.

Die technische Ursache:
Der junge Ingenieur verstand die physikalischen Grundlagen der gewählten AM-Kategorie nicht.
Binder Jetting Das Verfahren schmilzt das Metall nicht. Stattdessen wird mit einem Tintenstrahlkopf flüssiger Klebstoff auf Metallpulver gesprüht, wodurch ein empfindliches “Grünteil” entsteht. Dieses wird anschließend in einen Sinterofen gegeben, um den Klebstoff auszubrennen und das Metall zu verschmelzen. Allerdings hinterlässt dieser Prozess zwangsläufig mikroskopisch kleine Hohlräume im Material. Ein standardmäßig mit Binder Jetting hergestelltes Bauteil weist eine Dichte von nur etwa 951 TP3T bis 971 TP3T auf. Es ist im wahrsten Sinne des Wortes porös. Bei einem Druck von unter 3.000 PSI fand die Hydraulikflüssigkeit problemlos Wege durch diese mikroskopisch kleinen Hohlräume.

Die Lösung:
Wir haben die gesamte Charge verworfen. Ich habe die CAD-Datei sofort auf unser System übertragen. Pulverbettfusion (DMLS) Abteilung.
Beim DMLS-Verfahren wird ein 400-Watt-Faserlaser eingesetzt, um das Pulverbett vollständig metallurgisch aufzuschmelzen. Das resultierende Bauteil weist eine Dichte von 99,91 TP3T auf und besitzt eine mechanische Kornstruktur, die der von Gussmetall gleichwertig oder mitunter sogar überlegen ist.
Wir haben die Verteiler aus DMLS-Aluminium (AlSi10Mg) gefertigt. Anschließend montierten wir sie an der Bohranlage, setzten sie auf 4.500 PSI unter Druck und hielten diesen Druck 24 Stunden lang. Kein Druckverlust. Keine Leckagen.

Additive Fertigung ist keine Zauberei. Sie basiert auf strenger Materialwissenschaft. Wählt man die falsche Kategorie aus der ASTM F42-Liste, werden die Gesetze der Physik das Design zerstören.

Typ 4: Material Jetting (Das Multi-Material-Wunder)

Wenn ein Kunde im Bereich Medizinprodukte sich an eptahub.com wendet und um eine Ansicht bittet Beispiele für additive Fertigung Um sowohl menschliches Knochengewebe als auch weiches Herzgewebe in einem einzigen, durchgehenden Bauteil zu simulieren, nutzen wir das Material Jetting-Verfahren.

  • Die Physik: Stellen Sie sich einen herkömmlichen 2D-Tintenstrahldrucker vor, der jedoch anstatt CMYK-Tinte mikroskopisch kleine Tröpfchen flüssigen Photopolymers auf eine Bauplattform spritzt. Unmittelbar hinter dem Druckkopf befindet sich eine intensive UV-Lichtquelle, die die Tröpfchen sofort zu festem Kunststoff aushärtet, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird.
  • Die technische Realität: Der größte Vorteil des Material-Jetting-Verfahrens (wie z. B. Stratasys PolyJet) liegt in der Möglichkeit, verschiedene Harze im laufenden Betrieb auf Voxel- (3D-Pixel-)Ebene zu mischen. So lässt sich ein starres Gehäuse drucken, das nahtlos in eine flexible Gummiummantelung übergeht – ganz ohne Montage oder Klebstoffe.
  • Die Einschränkung: Wie bei der Vat-Photopolymerisation (Typ 3) handelt es sich um UV-härtende Polymere. Sie unterliegen einer starken Photodegradation und weisen niedrige thermische Verformungstemperaturen auf. Sie eignen sich für hyperrealistische Prototypen und Werkzeuge, nicht jedoch für mechanische Endprodukte.

Typ 5: Binder Jetting (Der unterschätzte Massenproduktionskandidat)

Wir haben Binder Jetting im Hinblick auf sein katastrophales Versagen als Hochdruckverteiler aufgrund von Porosität diskutiert. Es zu verwerfen hieße jedoch, eine der leistungsstärksten Technologien zu ignorieren. Vorteile der additiven Fertigung in Massenproduktion.

Eine vereinfachte EPTAHUB-Schemadarstellung des Binder-Jetting-3D-Druckverfahrens zeigt, wie ein Tintenstrahldruckkopf ein flüssiges Bindemittel auf ein Pulverbett aufträgt und eine Pulverwalze eine neue Schicht aufträgt.

  • Die Physik: Eine Walze verteilt eine Pulverschicht (Metall, Sand oder Keramik). Ein Tintenstrahlkopf fährt darüber und trägt gezielt ein flüssiges Bindemittel (Klebstoff) auf, um die Pulverpartikel zu verbinden. Beim Druckvorgang kommen weder Laser noch thermische Schmelzprozesse zum Einsatz.
  • Die technische Realität: Da kein Laserschmelzen stattfindet, entstehen beim Drucken weder thermische Spannungen noch Verformungen. Tausende von Teilen können in einem einzigen Bauraum untergebracht werden.
  • Die wahre industrielle Anwendung: Während Metall-Binder-Jetting Um eine hohe Dichte zu erreichen, sind komplexe Sinteröfen nach dem Druck erforderlich., Sand-Binder-Jetting Diese Technologie revolutioniert die Gießereiindustrie. Anstatt 14.500.000 Euro und zehn Wochen für die Anfertigung eines Holzmodells für den Metallguss aufzuwenden, drucken wir die massiven, komplexen Sandformen direkt digital mit Quarzsand und Furanharz. Anschließend gießen wir flüssiges Eisen direkt in den 3D-gedruckten Sand. So werden moderne Motorblöcke für die Automobilindustrie als Prototypen hergestellt.

Typ 6: Gerichtete Energiedeposition (Die additiv-subtraktive Hybridmethode)

Wenn Sie die extremsten Fälle recherchieren Arten der additiven Metallfertigung, Dort finden Sie die Methode der gerichteten Energieabscheidung (DED). Diese wird nicht zum Drucken von Kleinkram verwendet, sondern zur Reparatur von millionenschweren Infrastrukturen der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Ein EPTAHUB-Diagramm der Elektronenstrahl-Additiven Fertigung (EBAM), einer Form der gerichteten Energiedeposition (DED), das die Elektronenstrahlkanone, den Elektronenstrahl, den Drahtvorschub, das Schmelzbad und das Substrat mit einem Prozesskoordinatensystem zeigt.

  • Die Physik: Das DED-Verfahren unterscheidet sich grundlegend vom Pulverbettverfahren. Ein mehrachsiger Roboterarm oder eine CNC-Spindel ist mit einer koaxialen Düse ausgestattet. Diese Düse erzeugt gleichzeitig mit einem Hochleistungslaser ein Schmelzbad auf der Oberfläche eines Metallsubstrats und bläst Metallpulver (oder führt Metalldraht zu) direkt in dieses Schmelzbad.
  • Die technische Realität: Wir verwenden DED in der Regel nicht, um ein Teil von Grund auf neu zu drucken. Wir verwenden es, um Material auf bereits CNC-gefräste Bauteile aufzutragen.
    • Anwendung in der Praxis: Wenn eine Titan-Turbinenschaufel eines Strahltriebwerks nach 10.000 Flugstunden verschlissen ist, kostet der Austausch 1.400.000 Euro. Mithilfe eines DED-Systems können wir die verschlissene Schaufel scannen, mit dem Laser präzise neues Titan auf die verschlissene Kante auftragen und anschließend ein Standardverfahren anwenden. CNC-Fräsen Fräser, um es wieder auf die OEM-Toleranzen zu bringen.

Typ 7: Blattkaschierung (Der Ausreißer im Kaltverfahren)

Die letzte Kategorie in der ASTM F42 – Additive Fertigung Matrix ist Sheet Lamination, ein unglaublich spezielles, aber strukturell einzigartiges Verfahren.

Eine Infografik von EPTAHUB, die den 3D-Druckprozess der Laminated Object Manufacturing (LOM) detailliert darstellt und die wichtigsten Komponenten wie Laser, Optik, XY-Plotter, Heizwalze und polymerbeschichtetes Papier in einer Fabrikumgebung beschriftet.

  • Die Physik: Die Materialbahnen (Papier, Polymerfolie oder Metallfolie) werden fortlaufend gestapelt. Metallblech Beim Laminieren (oft auch Ultraschall-Additive Fertigung – UAM genannt) werden die Metallfolien mithilfe hochfrequenter Ultraschallschwingungen unter extremem Druck miteinander verbunden. Dadurch entsteht eine feste metallurgische Verbindung, ohne dass das Metall schmilzt. Anschließend schneidet eine CNC-Fräse die Kontur der Schicht aus.
  • Die technische Realität: Weil UAM ein “kalter” Prozess ist (er erreicht nie die Schmelzpunkt Durch das Aufschweißen von Metallschichten können Ingenieure den Prozess unterbrechen, empfindliche Elektronik, Glasfasern oder Sensoren in die Metallschichten einbetten und anschließend das Metall darüber schweißen. So entstehen “intelligente” Metallteile mit vollständig eingebetteten, hermetisch abgedichteten Telemetriesensoren.

Die Produktionskette: Was sind die 8 Schritte der additiven Fertigung?

Die sieben Technologien zu verstehen, ist nur die halbe Miete. Eine häufige Frage von Nachwuchs-Einkaufsmitarbeitern, die auf 3D-Druck umsteigen, lautet: “Welche 8 Schritte umfasst die additive Fertigung?”

Auf eptahub.com reicht ein einfacher Klick auf “Drucken” nicht aus, um ein funktionsfähiges Bauteil zu erhalten. Die additive Fertigung ist ein streng linearer Prozess. Wird dieser Prozess unterbrochen, ist das Bauteil unbrauchbar.

  1. CAD-Generierung: Sie können keine Oberflächenmodelle (wie beispielsweise aus Maya oder Blender) verwenden. Sie müssen mathematisch geschlossene CAD-Volumenkörpermodelle mithilfe parametrischer Software (SolidWorks, NX, Catia) erstellen.
  2. STL/3MF-Konvertierung: Das CAD-Modell wird in ein Netz umgewandelt. Kritische Ingenieursregel: Wenn Ihre Einstellungen für die Chordalabweichung während dieses Exports zu locker sind, werden kreisförmige Löcher als gezackte Polygone gedruckt.
  3. Dateivorbereitung (Aufteilung): Das Netz wird in die CAM-Software importiert, für optimale Festigkeit in Z-Richtung ausgerichtet und in G-Code (Werkzeugwege) übersetzt, wobei gleichzeitig die notwendigen Opferstützstrukturen erzeugt werden.
  4. Maschineneinrichtung: Dies ist ein streng regulierter physikalischer Arbeitsschritt. Bei der additiven Fertigung von Metallen wird die Baukammer mit inertem Argongas gespült, um den Sauerstoff zu verdrängen und eine katastrophale explosive Verbrennung des Titanpulvers zu verhindern.
  5. Die Bauphase: Der automatisierte Prozess der Maschine, bei dem das Material Schicht für Schicht aufgetragen wird.
  6. Teileausbau: Industrieteile lassen sich nicht einfach abbrechen. Metallteile werden chemisch mit einer dicken Titan-Bauplatte verschweißt. Wir müssen verwenden Drahterodieren (Elektrische Entladungsbearbeitung) zum Abtrennen der Teile von der Platte.
  7. Nachbearbeitung (Die versteckten Kosten): Hier stoßen Amateurbetriebe an ihre Grenzen. Hochwertige AM-Bauteile erfordern eine Wärmebehandlung zum Abbau innerer thermischer Spannungen, ein heißisostatisches Pressverfahren (HIP) zum Schließen mikroskopisch kleiner innerer Hohlräume und eine manuelle Nachbearbeitung zum Entfernen von Stützstrukturen.
  8. Antragstellung und Inspektion: Wir vertrauen nicht auf Sichtprüfungen. Kritische AM-Bauteile müssen vor ihrer Freigabe zur Verwendung einer dimensionalen Messung mit einer Koordinatenmessmaschine (KMM) und einer industriellen Computertomographie (CT) unterzogen werden, um sicherzustellen, dass keine inneren Fehler vorliegen.

Welche 6 Arten von Fertigungsprozessen gibt es?

Um additive Fertigung richtig einzusetzen, muss man wissen, welchen Platz sie in der globalen Produktion einnimmt. Ein kluger Ingenieur zwingt einen 3D-Drucker nicht dazu, die Arbeit einer Stanzpresse zu erledigen. Wenn man fragt, “Welche 6 Arten von Fertigungsprozessen gibt es?”, Hier ist die globale Taxonomie, die wir zur Prüfung von Lieferketten verwenden:

  1. Additive (AM): Aufbauverfahren (z. B. DMLS, FDM, SLA). Am besten geeignet für hohe Komplexität und geringe Stückzahlen.
  2. Subtraktives Verfahren (Zerspanung): Materialabtrag von einem massiven Block (z. B. 5-Achs-CNC-Fräsen, Drehen). Optimal für höchste Maßgenauigkeit und Oberflächengüte.
  3. Formgebung (Gegießen/Schmieden): Material in eine Form zwingen (z.B., Spritzgießen, Stanzen, Gesenkschmieden). Am besten geeignet für die Massenproduktion in extrem hohen Stückzahlen (über 100.000 Einheiten).
  4. Besetzung: Gießen von flüssigem Material in einen Formhohlraum (z.B., Druckguss, Sandguss). Am besten geeignet für massive, komplexe, schwere Metallteile (Motorblöcke).
  5. Beitritt: Verbinden von Teilen (z. B. Schweißen, Hartlöten, Kleben).
  6. Abschluss: Veränderung der Oberfläche (z. B. Anodisieren, Pulverbeschichtung, Passivierung).

Das Urteil des Ingenieurs: Schluss mit dem Rätselraten, jetzt wird entwickelt!

Wenn Kunden suchen nach “Welche 7 Hauptarten des 3D-Drucks gibt es?”, Sie suchen meist nach einer Abkürzung. In der industriellen Fertigung gibt es keine Abkürzungen.

Wenn Sie versuchen, mit einem FDM-Drucker einen Hydraulikverteiler herzustellen, wird sich jemand verletzen. Wenn Sie mit einem DMLS-Metalldrucker eine einfache Ausrichtungsvorrichtung herstellen, werden Sie Ihr Projektbudget sprengen.

Verlassen Sie sich nicht auf einen generischen additiver Fertigungsprozess (PDF) Sie haben die ASTM F42-Matrix von einem Marketingblog heruntergeladen. Drucken Sie sie aus und hängen Sie sie an die Wand. Prägen Sie sich die Materialzustände und die Physik der Phasenübergänge ein. Bei eptahub.com müssen alle Nachwuchsingenieure diese sieben Kategorien beherrschen, bevor sie auch nur eine einzige Bestellung erstellen dürfen. Passen Sie die physikalischen Eigenschaften der Maschine an die mechanischen Anforderungen Ihres Bauteils an, und Sie werden in der Fertigung führend sein.

FAQ für Ingenieure: Fehlerbehebung bei der additiven Fertigung

Bei eptahub.com erreichen uns ständig Anfragen von Einkaufsteams, die sich mit den komplexen Anforderungen des 3D-Drucks auseinandersetzen. Hier finden Sie die ungeschminkten Antworten auf die häufigsten Fragen.

Frage 1: Welche der 7 Arten der additiven Fertigung produziert die stabilsten Teile?
Das hängt ganz vom Aggregatzustand des Materials ab. Bei Metallen gilt:, Pulverbettfusion (DMLS/SLM) ist das stärkste Material und ermöglicht die Herstellung von Teilen mit einer Dichte von 99,91 TP3T, deren mechanische Eigenschaften oft denen von gegossenem Aluminium oder Titan entsprechen oder diese sogar übertreffen. Bei Polymeren, wenn reine Zugfestigkeit erforderlich ist, werden spezialisierte Werkstoffe benötigt. Materialextrusion (FDM) Maschinen, die durchgehende Stränge aus Kohlenstofffasern oder Kevlar in die thermoplastische Matrix einbetten, werden herkömmliche, harzbasierte SLA-Bauteile deutlich übertreffen.

Frage 2: Warum ist mein Angebot für additive Fertigung so viel teurer als das für Spritzguss?
Sie berechnen den ROI falsch. Die additive Fertigung hat keine Werkzeugkosten, Allerdings sind die Stückkosten hoch. Spritzguss hat massive Werkzeugkosten (10.000+ für die Stahlform) aber mikroskopische Stückkosten ((0,10 pro Teil). Bei einer Bestellung von 50 Teilen ist die additive Fertigung deutlich günstiger. Bei 50.000 Teilen hingegen wird sie Sie ruinieren. Sie sollten die additive Fertigung nur für die Produktion kleiner Stückzahlen mit hoher Komplexität einsetzen, nicht für die Massenproduktion einfacher Kunststoffgehäuse.

Frage 3: Kann ich verwenden CNC-Bearbeitung auf einem 3D-gedruckten Metallteil?
Absolut. Tatsächlich ist es für hochpräzise Konstruktion unerlässlich. Wir nennen das Fertigung in endkonturnaher Form. Additiv gefertigte Metallteile (mittels PBF oder DED) weisen relativ raue Oberflächen auf (typischerweise Ra 5 bis 15 µm). Benötigt ein Bauteil eine hochpräzise Lagerpassung, drucken wir die gesamte komplexe Geometrie im 3D-Druckverfahren, lassen 0,5 mm Materialüberschuss an der kritischen Lagerbohrung und bearbeiten diese Bohrung anschließend auf einer 5-Achs-CNC-Fräsmaschine mit einer Toleranz von ±0,005 mm.

Frage 4: Stimmt es, dass SLA-Teile (Vat Photopolymerization) mit der Zeit schrumpfen?
Ja. SLA-Harze sind UV-härtende Photopolymere. Auch nach dem Verlassen des Druckers sind sie chemisch aktiv. Bei Einwirkung von Sonnenlicht vernetzen sich die Polymerketten weiter. Innerhalb weniger Wochen oder Monate schrumpft das Bauteil langsam, verzieht sich und wird extrem spröde. SLA ist für schnelles Prototyping und Werkzeugmuster, nicht langfristige strukturelle Endnutzung.

Referenzen

Um die 7 Kategorien der additiven Fertigung wirklich zu beherrschen, müssen Sie über die rein mechanischen Normen hinausblicken und Open-Source-Wissensdatenbanken, Branchenmarktberichte und Labore der Luft- und Raumfahrttechnik erkunden.

    1. Wikipedia: Portal für additive Fertigung
      Während Maschinenbauingenieure für die Fabrikproduktion auf ISO-Normen angewiesen sind, ist das Wikipedia-Portal für additive Fertigung wohl das am schnellsten aktualisierte und am gründlichsten von Experten begutachtete Open-Source-Repository für die Geschichte und Entwicklung dieser sieben Technologien. Es dokumentiert auf brillante Weise den Ablauf wichtiger Patente (wie FDM und SLA), die den modernen 3D-Druckboom auslösten.
      Link: Wikipedia – Additive Fertigung
    2. Der Wohlers-Bericht
      Oft als die “Bibel des 3D-Drucks” bezeichnet. Es handelt sich dabei nicht um eine mechanische Norm, sondern um einen jährlichen, umfassenden Branchenbericht. Er dokumentiert detailliert, welche der sieben additiven Fertigungstechnologien den Weltmarkt dominieren, analysiert die Kosten von Rohmetallpulvern und untersucht die Verbreitung des Binder-Jetting-Verfahrens im Automobilsektor.
      Link: Wohlers Associates
    3. NASA Marshall Space Flight Center (MSFC) – Standard für additive Fertigung
      Wenn Sie wissen möchten, wie Druckteile Wer im Vakuum des Weltraums bestehen kann, sieht hier. Die NASA nutzt die Verfahren Directed Energy Deposition (DED) und Powder Bed Fusion (PBF) intensiv für Raketentriebwerksdüsen. Ihre öffentlichen Standards für die Prüfung und Qualifizierung von 3D-gedruckten Metallteilen sind die strengsten weltweit.
      Link: NASA Technical Reports Server (NTRS)

 

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James Miller ist leitender Fertigungsingenieur und technischer Redakteur mit über zehn Jahren Erfahrung in CNC-Bearbeitung, Präzisionsspritzguss und Rapid Prototyping. Er hat die Lücke zwischen komplexer Konstruktion und deren praktischer Umsetzung in der Fertigung geschlossen und ist darauf spezialisiert, höchste Fertigungsstandards in praxisnahe, umsetzbare Erkenntnisse für die Kunden von Eptahub zu übersetzen. Seine Leidenschaft gilt der fertigungsgerechten Konstruktion (Design for Manufacturability, DFM) und der Unterstützung von Ingenieuren bei der Optimierung ihrer Bauteile. In seiner Freizeit widmet sich James Miller der Holzbearbeitung und unternimmt Ausflüge in die Natur mit seiner Familie.

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