Additive Fertigung
Erfahre alles rund um das 3D-Druckverfahren 

Was ist die Additive Fertigung?


Die additive Fertigung, allgemein bekannt als "3D-Druck", ist eine innovative Technologie im Bereich der Fertigung. Gemäß DIN 8580 wird sie dem Urformen zugeordnet. Bei allen Methoden der additiven Fertigung werden dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht aus einzelnen Materialschichten aufgebaut. Der Prozess beginnt mit der Erstellung eines 3D-Modells des zu druckenden Objekts, welches in winzige horizontale Schichten zerlegt wird. Diese Schichtzerlegung erfolgt in der "Slicing-Software", in der alle relevanten Prozessparameter festgelegt werden. Anschließend nutzt der 3D-Drucker diese Informationen, um das Objekt Schicht für Schicht zu erstellen, bis es vollständig ist.
Diese Technologie ermöglicht die Herstellung komplexer und maßgeschneiderter Objekte, die mit herkömmlichen Produktionsmethoden oft schwer umsetzbar oder kostspielig wären. Der 3D-Druck findet in verschiedenen Branchen Anwendung, darunter Medizin, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie sowie in der Herstellung von Prototypen und Kleinserien. Mit ihren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten revolutioniert die additive Fertigung die Art und Weise, wie wir Dinge herstellen und entwickeln.

Die Vorteile und Nachteile der additiven Fertigung

Der 3D-Druck ermöglicht Unternehmen agiler. kreativer und kosteneffizienter zu arbeiten. Gleichzeitig lassen sich Produktentwicklungen beschleunigen und schnell auf Marktveränderungen reagieren. Trotz der Vielzahl an Vorteilen eignet sich die additive Fertigung nicht für jedermann. Erfahre mehr über die Vor- und Nachteile des 3D-Drucks: 

Vorteile der additiven Fertigung

  • Designfreiheit: Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung komplexer Formen und Strukturen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht oder nur schwer umsetzbar sind. 
  • Personalisierte Fertigung: durch die additive Fertigung lassen sich Produkte individuell an die spezifischen Bedürfnisse der Kunden anpassen.
  • Weniger Materialverschwendung: bei der additiven Fertigung wird die Verschwendung von Material reduziert, da nur das benötigte Material verwendet wird.
  • Entfall von Werkzeugkosten: Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden, bei denen oft teure Werkzeuge und Formen zum Einsatz kommen, entfallen diese Kosten beim 3D-Druck weitgehend. 
  • Beschleunigte Produktentwicklung: Mit 3D-Druckern können Unternehmen Prototypen und Muster schnell und kostengünstig herstellen. 
  • Effizienzsteigerung: Komplexe Teile können in nur einem Schritt gedruckt werden. Dadurch reduziert sich der Montage- und Handlingsaufwand erheblich.
  • Ressourcenschonender Materialeinsatz: Der Materialeinsatz lässt sich gezielt optimieren, indem Material nur dort eingesetzt wird, wo es die Bauteilfunktion erfordert. Hierbei können Bereiche im Inneren durch eine weniger dichte Struktur ersetzt werden, ohne die Funktion des Bauteils zu beeinflussen. 

Nachteile der additiven Fertigung

  • Hohe Kosten für industrielle Anwendungen: Der 3D-Druck ist bei Massenproduktion oft kostenintensiver als traditionelle Fertigungsmethoden. Aufgrund der werkzeuglosen Fertigung liegen seine Stärken stattdessen in der Herstellung von Teilen mit geringen Losgrößen.
  • Technische Herausforderungen: Aufgrund des jungen Alters der Technologie  fehlen oft Erfahrungsberichte sowie Fachpersonal. WEBER additive unterstützt hierbei mit Schulungen sowie fachkundigem Support. 
  • Nicht für alle Anwendungen optimal: die additive Fertigung ist nicht für alle Anwendungen die beste Lösung. In einigen Fällen können herkömmliche Fertigungsmethoden wirtschaftlicher oder besser geeignet sein.
  • Eingeschränkte Größenauswahl: Die maximale Größe, die mit 3D-Druckern gedruckt werden kann, ist begrenzt und kann die Fertigung größerer Teile erschweren.
  • Qualitätsvarianz: alle 3D-Druck-Prozesse reagieren mehr oder weniger sensibel auf gesteuerte, aber auch ungesteuerte Umgebungseinflüsse. Dies stellt die Sicherung einer gleichbleibend hohen Qualität vor erhöhte Herausforderungen.
  • Ergänzung statt Problemlöser: die additive Fertigung kann nicht, wie häufig von Vielen angepriesen, jedes Fertigungsproblem lösen. Vielmehr bietet sie eine effektive und effiziente Ergänzung zu den traditionellen Verfahren wie CNC-Bearbeitung.

Was unterscheidet die additive Fertigung von traditionellen Fertigungsverfahren

Der Fertigungsprozess erfolgt werkzeuglos auf Grundlage von CAD-Daten eines 3D-Modells. Die additive Fertigung, welche zu den urformenden Verfahren zählt, ist durch den Fügeprozess einzelner Materialschichten gekennzeichnet. Das häufig als Gegensatz zur AM betrachteten subtraktiven Fertigung zeichnet sich durch das definierte Abtragen von Material von einem Halbzeug aus, beispielsweise durch Fräsen oder Drehen, bis die gewünschte Endkontur erreicht ist.

Mehr zum Fertigungsverfahren gibt es hier. 

Die Ursprünge in den 1980er Jahren

Die Geschichte der additiven Fertigung

Anders als man vielleicht meinen mag, ist die Erfindung des 3D-Drucks alles andere als neu. Bereits in den 1980er Jahren begann die Geschichte der additiven Fertigung mit Verfahren wie Stereolithographie (SLA) und dem Selektivem Laser Sintern (SLS). Damals entwickelt, ermöglichte sie die schnelle Herstellung von Prototypen auch bekannt unter dem Begriff "Rapid Prototyping und vereinfachte den Designprozess.

 Mit den Fortschritten in Materialien und Drucktechniken erweiterte sich das Anwendungsspektrum des 3D-Drucks. Industrieunternehmen begannen, Additive Fertigung für die Herstellung von Endprodukten zu nutzen. Die Technologie fand auch ihren Weg in die Medizin, Architektur und Raumfahrt.

Heute revolutioniert der 3D-Druck die Art und Weise, wie wir Dinge erschaffen. Abseits der Massenproduktion lassen sich so Bauteile ressourceneffizient und dank des Verzichts auf spezifische Werkzeuge hoch-flexibel herstellen. Die stetige Weiterentwicklung der Technologie verspricht innovative Möglichkeiten für die Zukunft. 

Additive Fertigung Schritt für Schritt erklärt:

Wie funktiniert das 3D-Druckverfahren? 

Schritt 1: Die Erstellung eines digitales 3D-Modells des gewünschten Objekts mithilfe eines CAD-Softwareprogramms.
Schritt 2: Zerlegung des erstellten 3D-Modells in meist horizontale Schichten festgelegter Parameter mittels Slicing-Software.
Schritt 3: Übertragung des mittels Slicer generierten Programmcodes auf die additive Fertigungsanlage. Dort erfolgt die Prozessvorbereitung samt Kalibrierung und Materialpräparation.
Schritt 4: Der eigentliche Druckprozess beginnt. Der 3D-Drucker arbeitet Schicht für Schicht, indem er das gewünschte Material (Metall, Kunststoff, Keramik) in plastifizierter Form entsprechend definierter Konturen auf die darunterliegende Schicht fügt. Dabei unterscheiden sich die verschiedenen additiven Verfahren in der vorliegenden Form des Materials (z.B. fest als Pulver oder flüssig als Harzbad) und in der physikalischen Wirkweise wie das Material gefügt wird (z.B. Aufschmelzen mittels Laser oder definierte Adhäsion durch das Einbringen eines Bindemittels).
Schritt 5: Der 3D-Drucker setzt den Druck fort und wiederholt den Vorgang, bis alle Schichten aufeinander aufgetragen sind und das vollständige 3D-Objekt entstanden ist.

Entdecke die verschiedenen Fertigungsverfahren 



 

Häufig gestellte Fragen

FAQ
Häufig gestellte Fragen

 

Das FDM-Verfahren verwendet einen Filamentstrang mit einem Durchmesser von normalerweise 1,75 oder 2,85 mm, der aufgeschmolzen und aufgetragen wird. Dadurch sind die aufgetragenen Kunststoffbahnen normalerweise zwischen 0,2 und 1,2 mm dick. Im Gegensatz dazu können mit dem FGF-Verfahren Bahnen im zweistelligen Millimeter-Bereich abgelegt werden, und unser größter Extruder kann bis zu 45 kg Material pro Stunde verarbeiten. Die beiden grundlegenden Unterschiede zwischen den Verfahren liegen in der Druckdauer und der Oberflächengüte. Das FDM-Verfahren bietet eine feinere Oberflächenstruktur, benötigt jedoch eine längere Druckdauer. Das FGF-Verfahren hingegen bietet eine grobere Oberflächenstruktur bei einer schnelleren Druckzeit. Ein weiterer Vorteil des FGF-Verfahrens ist die direkte Verarbeitung von Granulat, was kostengünstiger und hochwertiger ist als die Herstellung von Filamenten. Die Verwendung von Granulat ist auch aus verfahrenstechnischer Sicht für industrielle Anwendungen besser geeignet, da ein unterbrechungsfreier Materialfluss gewährleistet werden kann. Beim FDM-Druck muss pausiert werden, wenn eine Filamentrolle verbraucht wurde, um neuen Kunststoffdraht zuzuführen. Dies kann mitunter zu einer Fehlstelle im Bauteil führen.Beim FGF-Verfahren ist die Materialmenge quasi unbegrenzt. Zudem ist die Verarbeitung von Granulat die am weitesten verbreitete Form des Kunststoffes im industriellen Kontext.

 

 

Ausgangspunkt ist ein CAD-Modell, das als STL-Datei in ein Slicing-Programm geladen wird, um einen Pfad für die Maschine zu generieren und den Gcode zu erstellen. Der Gcode wird über Netzwerkanbindung oder USB auf die Maschine geladen und final von unserem Postprozessor für die CNC- oder Robotersteuerung angepasst, bevor der Druck gestartet wird. Der Nutzer muss sich um diese Schritte nicht kümmern.

 

 

Ja, denn recycelte Materialien sind besonders interessant für den 3D-Druck, insbesondere in Zeiten, in denen Themen wie Nachhaltigkeit und Recycling immer wichtiger werden. Grundsätzlich ist es möglich, alle Arten von Granulaten zu verarbeiten. Es ist jedoch empfehlenswert, dass für den sog. FGF-Prozess optimierte Kunststofftypen verwendet werden, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen. Das Granulat sollte im Allgemeinen nicht größer als 5 mm im Durchmesser sein.

 

 

Letztlich entscheidet der erreichbare Netto-Bauraum Ihrer DX- oder DXR-Anlage darüber, wie groß die maximalen Abmessungen der druckbaren Teile in Ihrem Fall ausfallen. Insbesondere bei robotischen Anlagen mit ihrem charakteristischen sphärischen Bauraum werden diese entsprechend den Kundenanforderungen konfiguriert. Die Bauteildimensionen bestimmen dann wiederum, welcher Düsendurchmesser sinnvoll ist zu wählen. Entsprechend sollten auch Schichthöhe und Linienbreite angepasst werden. Dabei zu beachten ist jederzeit die in Kombination mit der Druckgeschwindigkeit erzielte Schichtdauer, welche wiederum abgestimmt sein sollte auf das verwendete Kunststoffmaterial. Ist diese nämlich zu hoch, kann ggf. der zu starken Abkühlung keine ausreichend gute Lagenhaftung mehr erreicht werden. Insbesondere beim Druck mehrerer Teile innerhalb eines Druckjobs – was natürlich analog zum weit verbreiteten 3D-Druck mit Filament möglich ist – sollte dies verstärkt betrachtet werden. Weiterhin sollte bedacht werden, dass vermehrte An- und Absetzstellen im Druckbauteil ggf. zu Unsauberkeiten führen können. Wo möglich, sollten Teile mit minimalen An- und Absatzstellen gedruckt werden. Hierfür ist der sogenannte Vasen- oder Spiralmodus ein geeignetes Slicing-Feature.

 

 

Das gedruckte Teil muss normalerweise nicht abgeschnitten werden. Die Haftung auf den langlebigen Druckplatten ist recht gut, aber in den meisten Fällen nicht sehr stark. Daher reicht es aus, das Teil mit einem gewöhnlichen Schaber vom Tisch abzuheben. Legen Sie den Schaber vorsichtig zwischen Druckplatte und Bauteil und arbeiten Sie sich vorsichtig um das gedruckte Teil herum, um es von der Druckoberfläche zu heben. Unser innovatives Vakuumtisch-Spannsystem erlaubt es dem Anwender problemlos verschiedene Druckunterlagen auf dem Tisch zu fixieren und somit die Anhaftung des Druckmaterials je nach Anwendungsfall zu optimieren. Je nach Kunststoff können z.B. Aluminium-, Holz-, Glas- oder Glasfaser-Composite-Platten zu hervorragenden Druckergebnissen führen.

 

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