Ein Überblick über die wichtigsten 3D Druck-Materialien
Seit der Einführung der 3D Druck-Technologie in den frühen 1980-er Jahren steigt die Zahl der 3D druckbaren Materialien kontinuierlich an. Ein Ende dieses Trends ist derzeit noch nicht abzusehen. Umso dringender erscheint es uns, Ihnen an dieser Stelle einen Überblick über die wichtigsten 3D Druck-Materialien zu bieten.
Welche Materialien für welchen 3D Drucker?
3D Druck-Technologien
Zunächst einmal gilt es zu beachten, dass die Antwort auf die Frage, welche Materialien ein 3D Drucker drucken zu allererst von dessen 3D Druck-Technologie abhängt. Ein Überblick über 3D Druck-Materialien lässt sich daher nicht abbilden, ohne einen Überblick über 3D Druck-Technologien.
Robuster PA-Kunststoff für Selektives Lasersintern
Beim Selektiven Lasersintern (auch SLS-Druck genannt) wird ein in Pulverform vorliegender Ausgangsstoff mittels Laserstrahl lokal verschmolzen. Auf diese Weise formt der Laser das in den 3D Dateien festgelegte Modell Stück für Stück.
Mit dem SLS-Verfahren arbeitende 3D Drucker verwenden in der Regel Polyamid(PA)-Kunststoffe, die sehr langlebig und auch robust sind. Mit einer speziellen Beschichtung kann der PA-Kunststoff 100% wasserdicht werden. Beispiele hierfür sind etwa Nylon oder auch Alumide, ein mit einer Aluminium-Legierung versetzter Polyamid-Kunststoff.
Musterstück aus SLS-Druck mit PA.
Schlagfeste ABS-Kunststoffe für Fused Deposition Modelling
Beim Fused Deposition Modelling (auch FDM-Druck genannt) schmilzt der 3D Drucker einen in Rollen- oder Stäbchen-Form vorliegenden Kunststoff in seinem Extruder. Der sogenannte ABS-Kunststoff wird durch ein Hotend und dessen Düse (Nozzle) in verflüssigter Form auf ein (bewegliches oder ruhendes) Druckbett aufgetragen. Dies geschieht in Form der in den 3D Dateien festgelegten Struktur.
FDM 3D Drucker verarbeiten eine ganze Reihe von Kunststoffen. Im industriellen Bereich ist Acrylnitril-Butadien-Styrol (=ABS) am meisten gebräuchlich, daneben Polycarbonat (PC) und ULTEM. Der ABS-Kunststoff ist sehr schlagfest und bis 216°C hitzebeständig. Polymilchsäure (=PLA, für englisch Polylactic Acid) ist wegen seiner einfachen Verarbeitung insbesondere im Heimanwender-Bereich verbreitet.
Affe aus ABS, gefertigt im FDM-Verfahren.
Glatte Oberflächen mit Epoxy-Kunststoff für die Stereolithografie
Die Stereolithografie (auch SLA-Druck genannt) ist das älteste 3D Druck-Verfahren. Dabei trägt man ein flüssiges Photopolymer, etwa Epoxy-Kunststoff, Schicht für Schicht auf eine Druckplatte auf. Während das Material gemäß der festgelegten Struktur Schicht für Schicht erkaltet wird die Druckplatte Schicht für Schicht nach unten gezogen.
Stereolithografie funktioniert mit Epoxidharzen, zum Beispiel Epoxy-Kunststoff. Dabei handelt es sich um chemisch denaturierte Naturharze, die eine besonders glatte Oberfläche aufweisen. Sie sind zudem schlagfest und haben nach dem Erstarren eine gute Bruchdehnung.
3D-Objekte aus Metallen mit dem Selektiven Laserschmelzen
Das Selektive Laserschmelzen (auch SLM-Druck genannt) ist das klassische 3D Druck-Verfahren für die Verarbeitung von Metall. SLM-Druck funktioniert im Prinzip wie das SLS-Verfahren. Der Unterschied liegt allerdings darin, dass das Material (Metall) hierbei nicht gesintert wird.
Das Metall wird in Pulverform geschmolzen, das in mehreren Schritten aufbereitet und am Ende in einem 1000°C Hochofen erhitzt wird. Eine Politur sorgt für Hochglanz.
Keramik-Druck mit dem LCM-Verfahren
In einem speziellen 3D Druck-Verfahren verarbeitet man Keramik. Oft wird dazu das Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) Verfahren genutzt. Dabei kommt ein besonderes Keramik-Granulat zum Einsatz, aus dem 3D Drucker das Modell schichtweise aufbaut. Es wird mit UV-Licht ausgehärtet, danach glasiert man das gedruckte Modell bei über 1000°C.
Mit Keramik können im 3D-Drucker extrem filigrane und kleine Teile hergestellt werden, wie etwa Zahnprothesen. Keramik hat zudem sehr robuste Eigenschaften: Es ist bis zu 1600°C hitzebeständig und ist ideal bei der elektrischen Isolation. Damit ist Keramik in unzähligen Bereichen wie Medizin, Chemie und anderen Industrien einsetzbar.
Edelmetall-Druck mit dem MultiJet-Printing-Verfahren
Für den 3D Druck von Edelmetallen wie Silber oder Gold kommt ein eher indirektes additives Verfahren zum Einsatz. Dabei fertigt der 3D Drucker lediglich ein Wachsmodell des geplanten Werkstücks mit dem MultiJet-Printing-Verfahren. Letzteres fertigt man anschließend auf traditionelle Weise (mittels Hochofen).
Mit diesem Verfahren vereint sich traditionelles Handwerk und modernste 3D-Druck-Technologie. Dabei sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt, vor allem im Schmuck-Bereich ist durch dieses Vorgehen ein einfaches Designen von Schmuckstücken möglich.
Weitere 3D Druckverfahren
Für den 3D Druck diverser Kunststoffe stehen darüber hinaus noch einige weitere additive Verfahren zur Verfügung. Diese wären etwa das ColorJet-Printing (CJP-Druck), bei dem mehrere Schichten aus einem Pulver aufgebaut werden. Das ist oft Polymergips. Die Farben werden dabei bereits in die einzelnen Schichten gedruckt. Dies bietet sich zum Beispiel für hochwertige Modellbauten aus Kunststoff an.
Das Digital Light Processing (DLP-Druck) verarbeitet ebenfalls Harze und lässt diese mit einem digitalen Lichtprozessor zu einer festen Form erstarren. Das MultiJet Fusion-Verfahren von HP wird ein mit Pulver gefüllter Bauraum mithilfe von zwei Binderflüssigkeiten zu einer 3D-Form gedruckt. Hier sind besonders präzise und scharfe Kanten möglich, was einen hohen Detailgrad und eine hervorragende Oberflächenqualität ermöglicht.
Acrylglas lässt sich zudem im Furan Direct Binding (FDB-Druck) additiv verarbeiten. Das auch unter PMMA-Kunststoff bekannte Acrylglas wird in pulverisierter Form verarbeitet und ist in großen Bauräumen druckbar. Das macht es vielseitig einsetzbar für Architektur und Industrie.
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