Was ist 3D-Druck

3D-Druck, auch als additive Fertigung bekannt, ist eine innovative Technologie, die es ermöglicht, dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht zu erstellen. Anders als bei herkömmlichen Fertigungsverfahren, bei denen Materialien abgetragen oder umgeformt werden, erfolgt der Prozess des 3D-Drucks durch das schichtweise Auftragen von Materialien wie Kunststoffen, Metallen, Keramiken oder sogar organischen Stoffen.

Wie funktioniert es?

Der 3D-Druckprozess beginnt mit der Erstellung eines digitalen 3D-Modells des gewünschten Objekts. Dieses Modell wird dann in spezielle Software geladen, die es in dünnere Schichten oder „Slices“ zerlegt. Der 3D-Drucker liest diese Schichten und beginnt dann, das Objekt Schicht für Schicht aufzubauen, indem er Materialien entsprechend den digitalen Anweisungen des Modells ablagert.

Varianten des 3D-Drucks

Es gibt verschiedene Varianten des 3D-Drucks, von denen zwei der bekanntesten FDM (Fused Deposition Modeling) und Resin-basierter 3D-Druck sind. Beide haben ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen. Ich nutze FDM-Druck, der sich durch seine Zuverlässigkeit, Erschwinglichkeit und Vielseitigkeit auszeichnet.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Bei FDM-Druck wird geschmolzenes Material, typischerweise ein thermoplastischer Kunststoff wie PLA oder ABS, durch eine Düse geleitet und Schicht für Schicht aufgetragen, um das gewünschte Objekt zu erstellen. Diese Methode ist besonders gut geeignet für den Prototypenbau, die Herstellung funktionaler Teile und die Erstellung robuster Modelle.

Anwendungen von FDM-Druck

  • Prototypenentwicklung: FDM-Druck ermöglicht es Ingenieuren und Designern, schnell und kostengünstig Prototypen zu erstellen und iterative Designprozesse zu unterstützen.
  • Fertigung von Gebrauchsgegenständen: Mit FDM-Druck können Gebrauchsgegenstände wie Werkzeuge, Halterungen und Gehäuse hergestellt werden, die den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht werden.
  • Bildung und Forschung: FDM-Druck wird auch in Bildungseinrichtungen und Forschungslabors eingesetzt, um Konzepte zu veranschaulichen, Modelle herzustellen und innovative Ideen zu realisieren.

Vorteile des FDM-Drucks

  • Erschwinglichkeit: FDM-Drucker und Materialien sind im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien oft kostengünstiger, was sie zu einer attraktiven Option für den Einsatz in Unternehmen und Bildungseinrichtungen macht.
  • Große Materialauswahl: FDM-Drucker unterstützen eine Vielzahl von Materialien, einschließlich PLA, ABS, PETG und mehr, was Flexibilität bei der Auswahl des optimalen Materials für jede Anwendung bietet.
  • Benutzerfreundlichkeit: FDM-Drucker sind oft einfach zu bedienen und erfordern keine speziellen Schulungen, was sie ideal für den Einsatz in verschiedenen Umgebungen macht.

Materialien

Womit wird gedruckt?

Das Material für FDM Drucker wird Filament genannt. Filamente für den 3D-Druck werden in der Regel auf Spulen präsentiert. Diese Spulen enthalten das Material, das vom 3D-Drucker während des Druckvorgangs verwendet und geschmolzen wird. Die meisten Rollen haben ein Standardgewicht von 1 Kilogramm.
Das Filament ist in verschiedenen Durchmessern erhältlich, wobei 1,75 mm und 2,85 mm die häufigsten sind. Der Durchmesser des Filaments muss mit dem Durchmesser der Düse des 3D-Druckers übereinstimmen, um einen reibungslosen Druckvorgang zu gewährleisten. Die meisten 3D-Drucker sind für eines der beiden Durchmesser ausgelegt, obwohl es auch einige wenige Modelle gibt, die mit beiden kompatibel sind.
Filamente sind in einer breiten Palette von Farben erhältlich, von Standardfarben wie Weiß, Schwarz und Grau bis hin zu lebendigen Farbtönen und Spezialeffekten wie Glitzer und Glow-in-the-Dark. Darüber hinaus gibt es Filamente aus verschiedenen Materialien wie PLA, ABS, PETG, Nylon und vieles mehr, wobei jedes Material seine eigenen einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen hat.

Welche Materialien gibt es?

1. PLA (Polylactid)

  • Vorteile:

    • Umweltfreundlich: PLA wird aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke oder Zuckerrohr hergestellt und ist biologisch abbaubar.
    • Einfach zu drucken: PLA erfordert keine beheizte Druckplatte und haftet gut auf Druckoberflächen.
    • Geringe Verformung: PLA hat im Vergleich zu anderen Materialien eine geringe Schrumpfung während des Druckprozesses.


  • Nachteile:

    • Geringe Hitzebeständigkeit: PLA ist nicht für Anwendungen geeignet, die hohe Temperaturen erfordern, da es sich bei Temperaturen über 60-70°C verformen kann.
    • Spröde: PLA ist im Vergleich zu anderen Materialien eher spröde und kann leicht brechen.

2. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)

  • Vorteile:

    • Hohe Festigkeit: ABS ist bekannt für seine hohe Schlagfestigkeit und Zähigkeit.
    • Hitzebeständigkeit: ABS kann höheren Temperaturen standhalten als PLA und eignet sich daher für Anwendungen, die Hitze ausgesetzt sind.
    • Nachbearbeitbarkeit: ABS lässt sich gut nachbearbeiten, z. B. durch Schleifen, Schneiden und Kleben.


  • Nachteile:

    • Warping: ABS neigt dazu, während des Druckprozesses zu verziehen, insbesondere wenn keine beheizte Druckplatte verwendet wird.
    • Geruch: ABS kann beim Drucken unangenehme Gerüche freisetzen, daher ist eine gute Belüftung erforderlich.

3. PETG (Polyethylenterephthalatglykol)

  • Vorteile:

    • Zähigkeit: PETG ist äußerst zäh und schlagfest, was es ideal für Anwendungen mit hoher Beanspruchung macht.
    • Hitzebeständigkeit: PETG kann Temperaturen von bis zu 80-85°C standhalten, was es für viele Anwendungen geeignet macht.
    • Transparent: PETG ist transparenter als andere Materialien wie PLA oder ABS und eignet sich daher gut für Anwendungen, bei denen Transparenz erforderlich ist.


  • Nachteile:

    • Verunreinigung der Düse: PETG kann dazu neigen, die Düse des 3D-Druckers zu verstopfen, insbesondere wenn es überhitzt wird.
    • Empfindlich gegen Feuchtigkeit: PETG kann Feuchtigkeit absorbieren, was zu Qualitätseinbußen führen kann, wenn es nicht richtig gelagert wird.

4. ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylester)

  • Vorteile:

    • Witterungsbeständigkeit: ASA ist sehr beständig gegenüber UV-Strahlung und Witterungseinflüssen, was es ideal für den Einsatz im Freien macht.
    • Hitzebeständigkeit: ASA kann höhere Temperaturen standhalten als PLA und ist daher besser für Anwendungen geeignet, die Wärme ausgesetzt sind.
    • Mechanische Festigkeit: ASA bietet eine gute Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit, was es für viele funktionale Anwendungen geeignet macht.


  • Nachteile:

    • Warping: Ähnlich wie ABS neigt ASA dazu, während des Druckprozesses zu verziehen, insbesondere wenn keine beheizte Druckplatte verwendet wird.
    • Druckgeschwindigkeit: ASA erfordert oft langsamere Druckgeschwindigkeiten und eine präzise Temperaturkontrolle, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

5. TPU (Thermoplastisches Polyurethan)

  • Vorteile:

    • Sehr flexibel und elastisch, ideal für den Druck von Dichtungen, Stoßdämpfern und anderen elastischen Teilen.
    • Gute Schlagfestigkeit und Abriebfestigkeit.
    • Transparente und farbige Optionen verfügbar.

       

  • Nachteile:

    • Neigt dazu, Stringing zu erzeugen, erfordert oft sorgfältige Druckeinstellungen.
    • Kann aufgrund seiner Flexibilität schwieriger zu handhaben sein und erfordert möglicherweise spezielle Druckbettvorkehrungen.
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Es gibt natürlich noch viele weitere Materialien für den 3D-Druck, aber diese Liste gibt einen guten Überblick über einige der häufigsten Optionen. Die Auswahl des richtigen Materials hängt von den spezifischen Anforderungen des Projekts, wie Festigkeit, Flexibilität, Hitzebeständigkeit und Oberflächenfinish, ab.