Das sind die wichtigsten Verfahren der additiven Fertigung / Additive Fertigungsverfahren Übersicht
3D-Druck hat sich zu einem Sammelsurium unterschiedler additiven Fertigungen entwickelt und bieten nahezu unbegrenzte Möglichkeiten zur Herstellung von Bauteilen. Nicht nur hinsichtlich der Geometrie sind komplexe Strukturen möglich. Je nach Material und benötigter Bauteilanforderungen kommen unterschiedliche Herstellmöglichkeiten in Frage. Eine Einordnung der Verfahren wird durch die Norm ISO/ASTM 52900 ermöglicht, welche die additive Fertigung in 7 Prozesskategorien aufteilt. Die additive Fertigungsverfahren Übersicht gibt einen Einblick in die Vielfalt und das Potenzial dieser Technologien für verschiedene Branchen und Anwendungen.
Binder Jetting (BJT)
Beim so genannten Freistrahl-Bindemittelauftrag wird ein Pulver an bestimmten Stellen mit einem Binder verklebt, so dass das Werkstück Schicht für Schicht erzeugt wird. Als Material kann ein keramischer Werkstoff (beispielsweise Glas oder Gips) oder Metall eingesetzt werden.
Material Jetting (MJT)
3D-Drucker, welche nach dem Verfahren Material Jetting funktionieren, nutzen einen Druckkopf, der ein Photopolymer auf 30-60°C erhitzt und in Form kleinster Tröpfchen eine Schicht erzeugt. Eine zweite Düse kann Stützmaterial auftragen. Beim Druck wird UV-Licht zum Aushärten genutzt. Der 3D-Druck in Vollfarbe ist möglich.
Material Extrusion (MEX)
Das bekannteste Verfahren ist das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) bzw. das FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication). Hierbei wird ein Filament erhitzt und zur Formgebung auf die vorherige Schicht aufgetragen und anschließend durch eine Kühlung verfestigt. Als weiteres additive Verfahren wird Direct Writing genutzt. Hierbei erfährt das Material beim Durchdrücken durch die Druckdüse eine Scherwirkung, wodurch es kurz flüssig wird.
Vat Photopolymerisation (VPP)
Bei der additiven Fertigung durch Stereolithografie (SLA) wird der unter einem Laser aushärtende Kunststoff schichtweise in einem Bad aus Basispolymeren ausgehärtet. Das Verfahren CDLP (Continuous Direct Light Processing) basiert auf eine kontinuierliche Veränderung der Z-Achse, wodurch ein schnelleres Druckverfahren realisiert wird. DLP (Direct Light Processing) nutzt einen digitalen Lichtprojektionsschirm, bei der das Bild einer jeden Schicht zu einer kompletten Belichtung der ganzen Druckschicht führt.
Powder Bed Fusion (PBF)
Beim SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern) werden die Kunststoffpartikel mit Hilfe eines Lasers aneinander gesintert, wobei nach jeder gelaserten Schicht eine neue Schicht mit Pulver über den Druckraum verteilt wird. Hierdurch kann auf Stützstrukturen verzichtet werden. SLM (Selektives Laserschmelzen) funktioniert ähnlich wie das SLS-Verfahren, jedoch wird die Technik zur Herstellung von Metallbauteilen verwendet. Hierbei wird das Pulver vollständig aufgeschmolzen. Beim MJF (Multi Jet Fusion) wird kein Laser sondern eine Infrarotlampe eingesetzt, welcher die Oberfläche vollständig belichtet. Über einen Drckkopf wird ein Binder aufgetragen, der die Partikel durch die Lampe verschmelzt. Beim EBM-Verfahren (Elektronenstrahlschmelzen) kommt zum Verschmelzen von Metallpulver ein hochenergetischer Strahl zum Einsatz. Jedoch müssen die Bauteile elektrisch leitfähig sein und die Herstellung erfolgt unter Vakuum.
Sheet Lamination (SHL)
Bei der Schichtlaminierung werden die einzelnen Schichten aus Metall miteinander verbunden. Um die Schichten zu verbinden kommt beispielsweise Klebstoff zum Einsatz (Laminated Object Manufacturing – LOM). Bestehen die Schichten aus Metall, so kommt das Verfahren des Ultraschallschweißens zum Einsatz.
Directed Energy Deposition (DED)
In der additiven Fertigung wird bei der Direktenergieabscheidung zur Erzeugung des Bauteils das Material direkt auf die Schicht aufgetragen und aufgeschmolzen (Metall). Beim LENS-Verfahren (Laser Engineered Net Shape) wird ein Pulver aus der Düse auf das Bauteil ausgestoßen und gleichzeitig via Laser angeschmolzen. Hierdurch wird das Bauteil schichtweise aufgebaut. Beim EBAM-Verfahren (Electron Beam Additive Manufacturing) wird statt eines Lasers ein Elektronenstrahl zur Wärmeerzeugung eingesetzt. Hierzu ist ein Vakuum notwendig.
Die folgende Übersichtsgrafik zeigt anschaulich die Unterschiede zwischen den verschiedenen 3D-Druckverfahren hinsichtlich Anwendungsgebiete, Bauteilfestigkeit, Materialien, Oberflächengüte etc.:
