Additive Fertigung, auch 3D-Druck genannt, ist ein generatives Fertigungsverfahren, bei dem Werkstoffe wie Kunststoffe, Sande, Metalle oder Keramiken schichtweise aufgetragen und präzise miteinander verbunden werden. Computer Aided Design (CAD) ermöglicht die Herstellung hochkomplexer, individueller Bauteile mit minimalem Materialeinsatz und hoher Gestaltungsfreiheit.
Inhaltsverzeichnis
- Wie funktioniert die Additive Fertigung?
- Welche additiven Fertigungsverfahren gibt es?
- Ein Überblick und Klassifikation verschiedener additiver Fertigungsverfahren?
- Gibt es einen Unterschied zwischen 3D-Druck und additiver Fertigung?
- Vorteile der additiven Fertigung
- Nachteile der additiven Fertigung
- Welche Branchen profitieren von der additiven Fertigung?
- Welche Technologie setzt voxeljet für die additive Fertigung ein?
- Welche Kosten bringt die additive Fertigung mit sich?
Wie funktioniert die Additive Fertigung?
Die Grundlage der additiven Fertigung bilden CAD-Daten (Computer Aided Design) , die als digitale Baupläne dienen. Auf Basis dieser Daten erzeugen 3D-Drucker oder additive Fertigungssysteme präzise Bauteile.
Dafür wird das CAD-Modell von der Drucksoftware zunächst in hauchdünne Schichten oder Querschnitte unterteilt – ein Prozess, der als „Slicing“ bezeichnet wird. Anschließend beginnt der Druckvorgang, bei dem das Bauteil durch das schichtweise Auftragen und Verbinden von Werkstoffen in allen drei Raumrichtungen aufgebaut wird.
Im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren, wie dem Fräsen, wo Material von einem festen Block abgetragen wird, wird bei der additiven Fertigung Material schichtweise hinzugefügt. Der Stoffzusammenhalt wird dabei entweder durch chemische Prozesse (z. B. Kleben) oder physikalische Reaktionen (z. B. Schmelzen) erzeugt.
Welche Additiven Fertigungsverfahren gibt es?
Eine Vielzahl von Herstellern bietet verschiedene 3D-Druckverfahren für unterschiedlichste 3D-Druckmaterialien an. Zu den bekanntesten Technologien zählen: Selektives Lasersintering (SLS), Stereolithographie, Fused Deposition Modeling (FDB) und das Binder Jetting.
Diese Verfahren nutzen unterschiedliche physikalische und chemische Prinzipien, um Materialien Schicht für Schicht zu verbinden. Dabei kommen Prozesse wie Lasersintern, UV-Aushärtung, Aufschmelzen oder Verkleben zum Einsatz. Verarbeitet werden metallische und polymerbasierte Pulver, flüssige Harze, Filamente oder Sande, je nach Anwendungsbereich und gewünschter Materialeigenschaft.
Ein Überblick über die Verfahren und die Klassifikationen nach Fügeverfahren und Materialien:
| 3D-Druckverfahren | Materialien | Fügeverfahren |
|---|---|---|
| Binder Jetting Technologie | Metall, organische Materialien (Kunststoffe), anorganische Materialien (Keramik, Sand, Gips) | Polymerisation |
| Fused Deposition Modeling | Organische Materialien (Kunststoffe) | Aufschmelzen / Erstarren |
| Stereolithographie | Organische Materialien (Kunststoffe) | Polymerisation |
| Selektives Lasersintern | Metall, organische Materialien (Kunststoffe), anorganische Materialien (Keramik, Sand, Gips) | Sintern / Schmelzen |
| Selektives Laserschmelzen | Metall | Sintern / Schmelzen |
| Contour Crafting | Beton | Hydraulische Abbindung |
Gibt es einen Unterschied zwischen 3D-Druck und additiver Fertigung?
Streng genommen lässt sich der Begriff 3D-Druck als eine spezifische Unterkategorie der additiven Fertigung abgrenzen. Ein Beispiel hierfür ist das Binder Jetting, das – ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker im Büro – piezoelektrische Druckköpfe verwendet.
Durch elektrische Spannung verformen sich die im Druckmodul verbauten Piezokristalle, wodurch ein präziser Druckstoß erzeugt wird. Dadurch kann die Binder-Flüssigkeit mit höchster Genauigkeit – im Pikoliterbereich – in das Pulverbett eingebracht werden.
Welche Vorteile bietet die additive Fertigung?
Die größten Vorteile der additiven Fertigung liegen in der Produktionsgeschwindigkeit und reduzierten Produktionskosten, der herstellbaren Bauteilkomplexität und in der 3D-Druck-On-Demand-Produktion von Ersatz- und Einzelteilen.
Haben Additive Fertigungsverfahren auch Nachteile?
Es ist nicht alles Gold was glänzt und wie jede Technologie birgt auch die additive Fertigung ein paar Nachteile:
Viele 3D-Drucktechnologien verarbeiten Pulver. So haben finale Bauteile stets eine raue Oberfläche, die – je nach Anwendungsfall – nachbearbeitet werden muss.
Die Bauvolumina der 3D-Drucker variieren je nach Technologie stark und sind meist deutlich kleiner als bei vergleichbaren nicht additiven Fertigungsverfahren.
Die additive Fertigung verfügt noch über eine beschränkte Materialauswahl, deren Eigenschaften sich je nach 3D-Druckverfahren ebenfalls unterscheiden.
Welche Branchen profitieren von der additiven Fertigung?
Der 3D-Druck wird seit Jahrzehnten in verschiedenen Branchen eingesetzt. Besonders in der Gießereiindustrie spielt er eine zentrale Rolle, da sie eng mit der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt verbunden ist. Dort kommt die additive Fertigung vor allem in der Produktentwicklung und zunehmend auch in der Serienproduktion zum Einsatz. während sie im Schiff- und Pumpenbau vermehrt für die Ersatzteilproduktion genutzt wird.
Auch in der Architektur, der Film- und Entertainmentbranche sowie der Sport- und Freizeitindustrie finden sich zunehmend Anwendungen. Beispiele sind 3D-gedruckte Betonschalungen, Requisiten oder individuell gefertigte Schuhsolen.
Welche Technologien setzt voxeljet für die additive Fertigung ein?
Bei voxeljet setzen wir auf die Binder Jetting Technologie, ein bewährtes 3D-Druckverfahren, das sich besonders für die Herstellung komplexer Formen und Modelle eignet.
Dabei wird ein pulverförmiges Material – wie Sand oder Kunststoff – schichtweise auf die absenkbare Bauplattform (Jobbox) aufgetragen. Ein industrieller Druckkopf trägt gezielt flüssigen Binder auf, um die gewünschten Bauteilbereiche zu verkleben, während das restliche Pulver lose bleibt.
Schicht für Schicht wiederholt sich dieser Prozess, bis die Jobbox gefüllt ist. Anschließend werden die Bauteile entpackt und von überschüssigem Pulver befreit.
Dieses Verfahren ermöglicht die herstellung hochkomplexer Geometrien mit hoher Präzision und Effizienz. Darüber hinaus erlaubt es die Druckkopftechnologie, das Binder Jetting in beinahe jeden beliebigen Maßstab zu skalieren. So arbeitet voxeljet derzeit an der Entwicklung eines neuen 3D-Druckers der bis zu 9 Meter lange Bauteile drucken kann.
Welche Kosten bringt die additive Fertigung mit sich und wann lohnt er sich?
Beim 3D-Druck lassen sich zwei Ansätze unterscheiden: On-Demand-Dienstleistungen und die Investition in eigene 3D-Druck-Hardware.
On Demand Dienstleistung
- Keine Investitionskosten für eigene Hardware
- Flexibel für Einzelteile und kleine Serien
- Keine Wartungs- oder Betriebskosten
- Geringes wirtschaftliches Risiko
- Abhängig von externen Dienstleistern
- Bei hohen Stückzahlen oft teurer
- Längere Lieferzeiten bei hoher Nachfrage
Eigene 3D-Druck-Hardware
- Unabhängigkeit von Dienstleistern
- Langfristig günstig bei hoher Nutzung
- Schnelle Produktion vor Ort
- Volle Kontrolle über Prozesse und Materialien
- Hohe Anschaffungskosten
- Wartungs- und Betriebskosten
- Abhängig von einer kontinuierlichen Auslastung
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