3D-Druck: FDM-Schmelzschichtverfahren

3D-Druckverfahren

FDM (Fused Deposition Modeling) – Schmelzschichtverfahren

• Ein Kunststofffilament (PLA, ABS, PETG, TPU) wird durch eine Extruderdüse geschmolzen.
• Der Extruder bewegt sich entlang der X- und Y-Achse und trägt das Material Schicht für Schicht auf.
• Die Z-Achse bewegt sich nach jeder Schicht nach oben.
• Kühlventilatoren sorgen für schnelles Aushärten des Kunststoffs.
• Kostengünstige Drucker und Materialien sind ein Vorteil.
• Es bietet einfache Bedienung und Wartung.
• Es gibt eine große Materialauswahl (starr, flexibel und hitzebeständig).
• Große Bauteile sind möglich.
• Sichtbare Schichtlinien und geringere Detailgenauigkeit sind Nachteile.
• Mechanische Schwachstellen in der Z-Richtung können auftreten.
• Warping kann bei großen Objekten ohne beheiztes Druckbett auftreten.
• Im Vergleich zu anderen Verfahren ist die Materialvielfalt begrenzt.
• Typische Anwendungen sind Prototypenbau, Elektronikgehäuse, funktionale Bauteile, Modellbau und Architekturmodelle.
• Eine verstopfte Extruderdüse kann durch Schmutz, Filamentreste, falsche Filamentwahl, zu hohe Drucktemperatur oder eine beschädigte Düse verursacht werden.
• Warping kann durch ungleichmäßige Abkühlung, zu niedrige Betttemperatur, falsche Materialwahl oder unzureichende Haftung verursacht werden.
• Schichtablösung kann durch zu niedrige Druckbetttemperatur, zu hohe Druckgeschwindigkeit, zu niedrige Extrusionstemperatur oder schlechte Materialhaftung verursacht werden.
• Fadenbildung (Stringing) kann durch zu hohe Extrudertemperatur, falsche Rückzugseinstellungen oder zu hohe Druckgeschwindigkeit verursacht werden.
• Unterextrusion kann durch eine verstopfte Düse, fehlerhafte Fördermechanik, zu niedrige Extrudertemperatur oder falsches Filament verursacht werden.
• Ein Elefantenfuß entsteht durch zu hohe Druckbetttemperatur, unzureichende Kalibrierung der Z-Achse oder zu hohen Druck.

SLA (Stereolithografie) – Harzdruck

• Ein UV-Laser oder DLP-Projektor härtet flüssiges Kunstharz (Resin) in einem Tank aus.
• Das Druckbett hebt sich nach jeder Schicht leicht an.
• Das fertige Bauteil muss in Isopropanol gereinigt und unter UV-Licht nachgehärtet werden.
• Extrem hohe Detailgenauigkeit (bis zu 25 Mikrometer) ist ein Vorteil.
• Glatte Oberflächen ohne sichtbare Schichten sind möglich.
• Es ist ideal für feine Strukturen und filigrane Objekte.
• Es gibt eine große Auswahl an Spezialharzen (hitzebeständig, biokompatibel).
• Harz ist gesundheitsschädlich, Schutzausrüstung ist erforderlich.
• Drucker und Harze sind teuer.
• Teile müssen nachbearbeitet werden (gewaschen und gehärtet).
• Mechanisch ist es weniger belastbar als FDM- oder SLS-Drucke.
• Typische Anwendungen sind Schmuck- und Zahntechnik, Miniaturen, medizinische Anwendungen und Gussformen.
• Wenn der Druck nicht am Druckbett haftet, sind falsche Belichtungszeit, nicht kalibrierte Druckplatte oder unzureichende Haftbeschichtung die Ursachen .
• Verzogene Teile entstehen durch ungleichmäßige Belichtung, falsche Stützstrukturen oder unzureichende Aushärtung.
• Risse oder Blasen entstehen durch unsaubere Harzmischung, fehlerhafte Belichtungsstärke, zu schnelle Belichtungsgeschwindigkeit oder unzureichendes Nachhärten.
• Fehlende Details entstehen durch zu kurze Belichtungszeit, falsche Schichtdicke oder unzureichende Auflösung.
• Harzreste auf der Oberfläche entstehen durch unzureichende Reinigung, falsches Lösungsmittel oder unsachgemäßes Trocknen.

SLS (Selektives Lasersintern) – Pulverdruck

• Ein CO₂-Laser verschmilzt feines Kunststoffpulver (meist Nylon, PA12) schichtweise.
• Ungesintertes Pulver dient als Stützmaterial, wodurch keine zusätzlichen Stützstrukturen nötig sind.
• Das Bauteil wird aus dem Pulverbett entnommen und gereinigt.
• Es sind keine Stützstrukturen nötig, wodurch komplexe Geometrien möglich sind.
• Sehr stabile und belastbare Teile sind möglich.
• Es bietet hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit.
• Mechanische Eigenschaften ähneln Spritzgussteilen.
• Es ist sehr teuer (Drucker ab mehreren 10.000 €).
• Pulver muss nachbearbeitet (gesiebt und aufbereitet) werden.
• Ungleichmäßige Oberflächen erfordern Nachbearbeitung.
• Die Materialvielfalt ist im Vergleich zu anderen Verfahren begrenzt.
• Typische Anwendungen sind Funktionsprototypen, Kleinserienproduktion, Leichtbaukomponenten und medizinische Anwendungen.
• Poröse oder brüchige Teile entstehen durch zu niedrige Laserleistung, falsche Pulverqualität, unzureichende Schichtdicke oder ungeeignete Lasereinstellungen.
• Eine ungleichmäßige Oberfläche entsteht durch fehlerhafte Pulververteilung, zu geringe Schichtdicke oder ungenaue Lasersteuerung.
• Bauteilverzug entsteht durch ungleichmäßige Abkühlung, zu hohe oder zu niedrige Laserleistung oder falsche Temperaturregelung.
• Verbackenes Pulver an den Kanten entsteht durch zu hohe Lasertemperatur, falsche Scanstrategie oder unzureichende Pulverbetreuung.