Die 7 Kategorien der additiven Fertigung

Beschreibung

Bei deradditiven Fertigung (AM), die gemeinhin als 3D-Druck bezeichnet wird, werden Objekte Schicht für Schicht anhand eines digitalen Modells erstellt. Diese Technik hat die Industrie revolutioniert und ermöglicht schnelles Prototyping und individuelle Produktion für eine breite Palette von Anwendungen. Das Verfahren wird in sieben Hauptkategorien unterteilt, die jeweils eigene Methoden und Vorteile aufweisen. Zu diesen Kategorien gehören die VAT-Photopolymerisation, das Material-Jetting, das Binder-Jetting, die Materialextrusion, die Pulverbettschmelzung, die Folienlaminierung und die gerichtete Energieabscheidung.

VAT-Photopolymerisation

Die VAT-Photopolymerisation ist ein beliebtes 3D-Druckverfahren, bei dem flüssiges Harz mit ultraviolettem (UV) Licht ausgehärtet und Schicht für Schicht in einen Feststoff verwandelt wird. Das Verfahren basiert auf einem Bottich mit flüssigem Photopolymerharz, das durch einen Projektor oder Laser selektiv mit UV-Licht bestrahlt wird. Zu Beginn des Prozesses wird eine dünne Harzschicht aufgetragen, die dann durch die UV-Lichtquelle gehärtet wird. Anschließend wird die Bauplattform abgesenkt, um Platz für die nächste Schicht zu schaffen. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis das Modell fertiggestellt ist.
Diese Kategorie wird häufig in Branchen wie der Schmuckindustrie, der Zahnmedizin und dem Prototypenbau eingesetzt, wo hohe Auflösung und feine Details wichtig sind.

Material-Jetting

Material Jetting funktioniert ähnlich wie der Tintenstrahldruck, allerdings mit Materialien, die sich beim Auftragen verfestigen. Bei diesem Verfahren werden winzige Materialtröpfchen, in der Regel Photopolymer, von mehreren Druckköpfen auf die zu bedruckende Oberfläche gespritzt. Jede Materialschicht wird mit UV-Licht ausgehärtet und verbindet sich mit der vorherigen Schicht.
Das Material-Jetting bietet eine hohe Präzision und wird häufig für die Herstellung von Prototypen, Formen und Modellen mit komplizierten Details und glatten Oberflächen verwendet. Diese Kategorie kann auch mit mehreren Materialien gleichzeitig arbeiten, was die Herstellung von Teilen aus mehreren Materialien ermöglicht.

Binder-Jetting

Binder Jetting ist ein pulverbasiertes 3D-Druckverfahren, bei dem ein Bindemittel verwendet wird, um Partikel aus Pulvermaterial Schicht für Schicht miteinander zu verschmelzen. Ein Druckkopf trägt selektiv ein flüssiges Bindemittel auf die Oberfläche eines Pulverbettes auf. Das Bindemittel bewirkt, dass die Pulverpartikel aneinander haften und eine feste Schicht bilden. Nachdem jede Schicht gedruckt wurde, fährt die Bauplattform nach unten, und weiteres Pulver wird auf die Schicht aufgetragen.
Diese Technik wird üblicherweise bei Metall-, Sand- oder Keramikpulvern eingesetzt. Aufgrund seiner Fähigkeit, große und komplexe Geometrien zu erstellen, wird das Binder-Jetting-Verfahren häufig bei Anwendungen wie Sandgussformen, der Herstellung von Metallteilen und Architekturmodellen eingesetzt.

Extrusion von Werkstoffen

Die Materialextrusion ist eines der bekanntesten 3D-Druckverfahren, das durch Technologien wie das Fused Deposition Modeling (FDM) populär wurde. Bei diesem Verfahren wird ein Materialfaden, z. B. ein thermoplastischer Kunststoff, durch eine beheizte Düse extrudiert. Das Material wird Schicht für Schicht aufgetragen, wobei sich jede Schicht mit der darunter liegenden verbindet, wenn sie abkühlt und aushärtet.
Die Materialextrusion ist in Branchen wie der Automobil-, Konsumgüter- und Luftfahrtindustrie weit verbreitet. Das Verfahren ist bekannt für seine einfache Handhabung, die Erschwinglichkeit und die Verfügbarkeit einer breiten Palette von Materialien, darunter Kunststoffe wie ABS und PLA.

Pulverbettfusion

Die Pulverbettfusion (PBF) ist ein Verfahren, bei dem ein Laser- oder Elektronenstrahl verwendet wird, um Pulverpartikel in einem Materialbett selektiv zu schmelzen und zu verschmelzen. Bei diesem Verfahren wird eine dünne Pulverschicht auf die Bauplattform aufgetragen und dann mit einem Laser- oder Elektronenstrahl an bestimmten Stellen auf der Grundlage des digitalen Designs verschmolzen.
PBF wird am häufigsten bei Metallpulvern wie Edelstahl, Titan oder Aluminium eingesetzt und eignet sich ideal für die Herstellung hochkomplexer und funktioneller Teile. Dieses Verfahren ist aufgrund seiner Materialeigenschaften wie Festigkeit und Haltbarkeit besonders nützlich für Branchen wie Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte und Werkzeugbau.

Lesen Sie weiter: Additive Fertigung (AM) & Pulverbettfusion (PBD)

Blechlaminierung

Bei der Blechlaminierung handelt es sich um eine 3D-Drucktechnik, bei der dünne Materialschichten, z. B. aus Papier oder Metall, zusammenlaminiert und mit jeder Schicht in Form geschnitten werden. Die Blätter werden mit Klebstoff oder Wärme verbunden, und der Schneidevorgang erfolgt in der Regel mit einem Laser oder mechanisch, um die Form der einzelnen Schichten zu definieren.
Diese Kategorie ist bekannt für ihre Kosteneffizienz und Schnelligkeit, insbesondere bei Papier oder Verbundwerkstoffen. Die Blechlaminierung wird häufig für die Herstellung von Modellen und Prototypen sowie für bestimmte Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und in der Automobilindustrie verwendet.

Gerichtete Energieabscheidung

Die gerichtete Energieabscheidung (Directed Energy Deposition, DED) ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem fokussierte thermische Energie, z. B. von einem Laser- oder Elektronenstrahl, zum Schmelzen des Ausgangsmaterials (in der Regel in Pulver- oder Drahtform) verwendet wird, während es auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Das Material verfestigt sich beim Abkühlen und baut das Objekt Schicht für Schicht auf.
Das DED-Verfahren wird häufig für die Reparatur und Wartung von Metallteilen eingesetzt und kann auch für die Herstellung großer, komplexer Teile in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Werkzeugbau verwendet werden. Die Flexibilität, mit verschiedenen Metalllegierungen zu arbeiten, macht es ideal für Anwendungen, bei denen die Materialeigenschaften entscheidend sind.

Tabelle: Vergleich der sieben Kategorien der additiven Fertigung

Weitere Anwendungen und verwandte Produkte finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen der VAT-Photopolymerisation und dem Materialstrahlverfahren?
Bei der VAT-Photopolymerisation wird eine UV-Lichtquelle zur Aushärtung von Flüssigharz verwendet, während beim Material-Jetting Tröpfchen von Photopolymer-Material aufgespritzt und mit UV-Licht ausgehärtet werden.

Kann die Materialextrusion auch für Metall verwendet werden?
Die Materialextrusion wird in erster Linie für thermoplastische Materialien verwendet, kann aber in speziellen Systemen auch mit Metallverbundwerkstoffen arbeiten.

Warum ist Binder Jetting für Metallteile geeignet?
Binder Jetting ermöglicht die Herstellung komplexer Metallteile aus Metallpulvern, die zur Erhöhung der Festigkeit gesintert werden können, und ist damit ideal für die Metallherstellung.

Warum ist das Pulverbettfusionsverfahren in der Luft- und Raumfahrt so beliebt?
Das Pulverbettschmelzen ermöglicht die Herstellung komplexer Metallteile mit hoher Festigkeit, die sich ideal für die strengen Anforderungen der Luft- und Raumfahrt eignen.

Was ist der Vorteil der gerichteten Energieabscheidung bei der Metallreparatur?
Die gerichtete Energieabscheidung ermöglicht die lokale Reparatur von Metallteilen durch präzises Aufschmelzen und Hinzufügen von Material und ist daher für Reparaturen in der Luft- und Raumfahrt und anderen Hochleistungsindustrien geeignet.