Auswahl des richtigen 3D-Druckverfahrens
Entscheidungshilfen und allgemeine Richtlinien, die Sie bei der Auswahl des richtigen 3D-Druckverfahrens für Ihre Anwendung unterstützen.
WeiterlesenEntscheidungshilfen und allgemeine Richtlinien, die Sie bei der Auswahl des richtigen 3D-Druckverfahrens für Ihre Anwendung unterstützen.
3D-Druck oder Additive Fertigung sind Überbegriffe, die [mehrere Prozesse] umfassen (/wissensbasis/additive-fertigung-technologien-uebersicht/). Jedes 3D-Druckverfahren hat seine Vorteile und Einschränkungen, und jedes ist für bestimmte Anwendungen besser geeignet als andere.
In diesem Artikel geben wir Ihnen mehrere einfach zu bedienende Werkzeuge an die Hand, die Ihnen helfen sollen, das richtige 3D-Druck-Verfahren für Ihre Bedürfnisse auszuwählen. Verwenden Sie die folgenden Diagramme und tablen als schnelle Hilfe, um den Prozess zu finden, der Ihre Designanforderungen am besten erfüllt.
Wir haben uns der Prozessauswahl aus drei verschiedenen Blickwinkeln genähert:
Um die Informationen in diesem Artikel für den Leser umsetzbar und in der sich ständig weiterentwickelnden 3D-Drucklandschaft immer relevant zu machen, wurden einige hochgradige Verallgemeinerungen eingeführt, die in jedem Abschnitt bei Bedarf diskutiert werden.
3D-Druckmaterialien sind normalerweise in Form von Filamenten, Pulver oder Harz erhältlich (je nach den verwendeten 3D-Druckverfahren). Polymere (Kunststoffe) und Metalle sind die beiden wichtigsten Materialgruppen für den 3D-Druck, während andere Materialien (wie Keramiken oder Verbundwerkstoffe) ebenfalls verfügbar sind. Polymere können weiter in Thermoplaste und Duroplaste unterteilt werden.
Wenn das benötigte Material bereits bekannt ist, ist die Auswahl eines 3D-Druckverfahrens relativ einfach, da nur wenige Technologien Teile aus denselben Materialien herstellen. In diesen Fällen wird der Auswahlprozess in der Regel zu einem Kosten-gegen-Eigenschafts-Vergleich.
Thermoplaste eignen sich am besten für funktionelle Anwendungen, einschließlich der Herstellung von Endanwendungsteilen und Funktionsprototypen.
Sie haben gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Schlag-, Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit. Sie können auch mit Kohlenstoff, Glas oder anderen Zusätzen gefüllt werden, um ihre physikalischen Eigenschaften zu verbessern. 3D-gedruckte technische Thermoplaste (wie Nylon, PEI und ASA) werden häufig zur Herstellung von Endanwendungsteilen für industrielle Anwendungen verwendet.
SLS-Teile hso,aben bessere mechanische und physikalische Eigenschaften und eine höhere Maßhaltigkeit, aber FDM ist wirtschaftlicher und hat kürzere Vorlaufzeiten.
Typische 3D-Druck-Thermoplaste | |
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SLS | Nylon (PA), TPU |
FDM | PLA, ABS, PETG, Nylon, PEI (ULTEM), ASA, TPU |
Die untenstehende Pyramide zeigt die gängigsten thermoplastischen Materialien für den 3D-Druck. Als Faustregel gilt: Je höher oben in der Pyramide ein Material steht, desto besser sind seine mechanischen Eigenschaften und desto schwieriger ist es im Allgemeinen, mit ihm zu drucken (höhere Kosten):
Duroplaste (Harze) eignen sich besser für Anwendungen, bei denen es auf Ästhetik ankommt, da sie Teile mit glatten, spritzähnlichen Oberflächen und feinen Details herstellen können.
Im Allgemeinen haben sie eine hohe Steifigkeit, sind aber spröder als Thermoplaste, so dass sie für funktionelle Anwendungen nicht geeignet sind. Es sind Spezialharze erhältlich, die für technische Anwendungen (die die Eigenschaften von ABS und PP imitieren) oder Dentaleinsätze und Implantate konzipiert sind.
Material Jetting produziert Teile mit höherer Maßhaltigkeit und allgemein glatteren Oberflächen, jedoch zu höheren Kosten als SLA/DLP. Beide Verfahren verwenden ähnliche lichthärtbare Harze auf Acrylbasis.
Typischer 3D-Druck von Duroplasten (Harzen) | |
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Material Jetting | Standardharz, Digitales ABS, Haltbares Harz (PP-ähnlich), Transparentes Harz, Dentalharz |
SLA/DLP | Standardharz, Hartharz (ABS-ähnlich), Haltbares Harz (PP-ähnlich), Klares Harz, Dentalharz |
3D-Druckteile aus Metall haben ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und können bei hohen Temperaturen betrieben werden. Die Freiformfähigkeiten des 3D-Drucks machen sie ideal für leichte Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und der Medizinbranche.
DMLS/SLM-Teile haben bessere mechanische Eigenschaften und Toleranzen, aber Binder Jetting kann bis zu 10-mal billiger sein und kann viel größere Teile produzieren.
Typische 3D-Druckmetalle | |
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DMLS/SLM | Edelstahl, Titan, Aluminium |
Binder Jetting | Edelstahl (bronzegefüllt oder gesintert) |
Andere Materialien können auch in 3D gedruckt werden, aber sie sind nicht so weit verbreitet, da ihre Anwendungen begrenzt sind. Zu diesen Materialien gehören Keramik und Sandstein in Vollfarbe mit Binder Jetting.
Sonstige 3D-Druckmaterialien | |
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Binder Jetting | Sand, Keramik |
Aufgrund des additiven Charakters der Technologie haben 3D-Druckteile oft anisotrope mechanische Eigenschaften, d.h. sie sind in z-Richtung schwächer. Bei Funktionsteilen sollte dieses Merkmal bei der Konstruktion berücksichtigt werden.
Sehen Sie beispielsweise den Vergleich zwischen den Eigenschaften von SLS-Nylon und Schüttgut-Nylon in diesem Artikel.
Es ist wichtig, schon früh im Auswahlprozess zu bestimmen, ob die Hauptüberlegung für das Design Funktion oder optische Erscheinung ist. Dies ist nämlich bei der Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens sehr hilfreich.
Als Faustregel gilt, dass thermoplastische Polymerteile besser für funktionelle Anwendungen geeignet sind, während sich Duroplaste am besten für das optische Erscheinungsbild eignen.
Das unten stehende Flussdiagramm kann Ihnen helfen, das am besten geeignete 3D-Druckverfahren auf der Grundlage der allgemeinen Designanforderungen für Funktionsteile und Prototypen zu ermitteln.
Hier folgen einige weitere Details:
Wenn das optische Erscheinungsbild im Vordergrund steht, kann die Auswahl des 3D-Druckverfahrens mit Hilfe des unten stehenden Flussdiagramms vereinfacht werden.
Hier folgen einige weitere Informationen:
Wenn das Modelldesign bereits abgeschlossen ist, spielen die Fähigkeiten der einzelnen 3D-Drucktechnologien oft die Hauptrolle bei der Verfahrensauswahl.
Es ist wichtig, einen Überblick über die grundlegende Mechanik jedes Prozesses zu haben, um ihre wichtigsten Vorteile und Grenzen vollständig zu verstehen. Siehe hierzu die den einzelnen Technologien gewidmeten Einführungsartikel im folgenden Kapitel der Wissensdatenbank.
Hier sind einige praktische Regeln, die Ihnen bei der Interpretation der Daten helfen sollen:
Maßhaltigkeit | Typische Rohlinggröße | Abstützung | |
---|---|---|---|
FDM | ± 0,5 % (untere Grenze ± 0,5 mm) - Desktop ± 0,15% (untere Grenze ± 0,2 mm) - industriell | 200 x 200 x 200 mm für Desktop-Drucker Bis zu 900 x 600 x 900 mm für Industriedrucker | Nicht immer erforderlich (auflösbar verfügbar) |
SLA/DLP | ± 0,5 % (untere Grenze: ± 0,10 mm) - Desktop ± 0,15% (untere Grenze ± 0,05 mm) - industriell | 145 x 145 x 175 mm für den Desktop-Drucker Bis zu 1500 x 750 x 500 mm für Industriedrucker | Immer erforderlich |
SLS | ± 0,3% (untere Grenze: ± 0,3 mm) | 300 x 300 x 300 mm (bis zu 750 x 550 x 550 mm) | Nicht erforderlich |
Material Jetting | ± 0,1% (untere Grenze von ± 0,05 mm) | 380 x 250 x 200 mm (bis zu 1000 x 800 x 500 mm) | Immer erforderlich (immer auflösbar) |
Binder Jetting | ± 0,2 mm (± 0,3 mm bei Sanddruck) | 400 x 250 x 250 mm (bis zu 1800 x 1000 x 700 mm) | Nicht erforderlich |
DMLS/SLM | ± 0,1 mm | 250 x 150 x 150 mm (bis zu 500 x 280 x 360 mm) | Immer erforderlich |
Ein weiterer wichtiger Aspekt, der bei der Auswahl einer Technologie zu berücksichtigen ist, ist der Einfluss der Schichthöhe.
Aufgrund der additiven Natur des 3D-Drucks bestimmt die Schichthöhe die Glattheit der so gedruckten Oberfläche und die Mindestgröße der Merkmale, die ein Drucker (in z-Richtung) erzeugen kann. Durch die Verwendung einer geringeren Schichthöhe wird auch der Treppeneffekt weniger ausgeprägt und hilft, genauer gekrümmte Flächen zu erzeugen.
Typische Schichtdicke | |
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FDM | 50 - 400 μm (am häufigsten: 200 μm) |
SLA/DLP | 25 - 100 μm (am häufigsten: 50 μm) |
SLS | 80 - 120 μm (am häufigsten: 100 μm) |
Material Jetting | 16 - 30 μm (am häufigsten: 16 μm) |
Binder Jetting | 100 μm |
DMLS/SLM | 30 - 50 μm |