Additive Fertigung mit dem Werkstoff Polymer – 7 Verfahren

Die Möglichkeiten, die sich durch additive Fertigungsverfahren ergeben, scheinen schier grenzenlos zu sein. Längst ist klar, dass der 3D-Druck in der Industrie der Zukunft eine bedeutende Rolle einnehmen wird. Dabei lassen sich Objekte schon heute aus verschiedenen Werkstoffen fertigen. Sollten Sie sich im Speziellen für die additive Fertigung mit dem Werkstoff Metall interessieren, finden Sie eine umfangreiche Beschreibung hierzu in unserem Artikel additive Fertigung mit Metall. Der nachfolgende Beitrag befasst sich mit den Fertigungsverfahren in Bezug auf Polymer.

#1: Additive Fertigung per SLS – Selektives Lasersintern

Sehr bekannt und weit verbreitet ist das sogenannte selektive Lasersintern. Im ersten Schritt dieses Verfahrens, das natürlich auf digitalen Geometriedaten aufbaut, wird eine dünne Schicht Polymer, für gewöhnlich PA12, in Pulverform auf den Arbeitsuntergrund aufgetragen. Dann kommt der Laser zum Einsatz, der das Pulver punktuell sintert. Anschließend senkt sich der Untergrund ab, um Platz für die nächste Schicht zu machen. Schritt für Schritt entsteht so das gewünschte Objekt, das zum Schluss von den umliegenden Pulverresten befreit werden muss. Die Reste können aufgefangen und in aller Regel wiederverwendet werden. Im Rahmen des SLS kommen keine Stützstrukturen zum Einsatz. Das entstehende Objekt wird ausreichend von dem Pulver, das es für die Dauer der gesamten Produktion umgibt, gestützt.

Hinweis: Unsere Berichte sind oft sehr ausführlich. Daher bieten wir mit dieser PDF „Additive Fertigung Polymer“ eine Zusendung des Artikels im PDF-Format zur späteren Sichtung an. Nutzen Sie das Angebot um sich die Praxis-Impulse in Ruhe durchzulesen, Sie können hierfür auch einfach auf das PDF-Symbol klicken.

#2: Additive Fertigung per MJF – MultiJet Fusion

Auch im Zuge des MultiJet-Fusion-Verfahrens wird zumeist PA12 verwendet. Der Arbeitsprozess beginnt wieder mit dem Auftragen einer Schicht des Pulvers. Anstelle eines Lasers wird nun aber ein Druckkopf, gefüllt mit wärmeleitender Flüssigkeit, eingesetzt. Die Flüssigkeit, Fusing Agent genannt, wird dort aufgetragen, wo das Pulver zum späteren Bauteil werden soll. Direkt danach wird die Schicht mit Infrarot erhitzt. Durch die wärmeleitende Eigenschaft des Fusing Agents verschmelzen die damit bearbeiteten Bereiche. Scharfe Kanten lassen sich durch das Anbringen eines „Detailing Agents“ erschaffen. Dieser isoliert das Bearbeitete vom unbedruckten Pulver.

#3: Additive Fertigung per FDM – Fused Deposition Modeling

Dieses additive Fertigungsverfahren arbeitet mit erhitztem Kunststoff, in der Regel ABS. Der verflüssigte Werkstoff wird durch extrem enge Düsen gepresst und als dünner Faden zum späteren Modell aufgebaut. Parallel wird auf dieselbe Weise ein zweiter Werkstoff verarbeitet, der die Stützkonstruktion ergibt und nach der Fertigstellung des Bauteils einfach entfernt werden kann. Das FDM-Verfahren wird beispielsweise im Sinne des Rapid Prototypings angewandt und kommt häufig in der Automobilbranche, der Medizintechnik und der Raumfahrttechnik zum Einsatz.

#4: Additive Fertigung per APF – Arburg Plastic Freeforming

Das Arburg-Plastic-Freeforming-Verfahren wurde von der Firma Arburg entwickelt, der es seinen Namen verdankt. Zur Produktion finden hier Standardgranulate, wie sie für das Spritzgießen herangezogen werden, Verwendung. Innerhalb des Freeformer-Systems wird das Granulat plastifiziert und dann in sehr kleinen Tröpfchen durch eine Düse auf den Arbeitsuntergrund aufgetragen. Das patentierte Verfahren zeichnet sich unter anderem durch die Verarbeitung vergleichsweise kostengünstiger Materialien und die komplett formlose Herstellungsweise der Bauteile aus.

#5: Additive Fertigung per MJ – Material Jetting

Beim sogenannten Material Jetting wird das Auftragen des Materials von Tintenstrahl-Druckköpfen erledigt. Zwei Materialkammern im System beherbergen weiches Polymer beziehungsweise Wachs im flüssigen Zustand. Zeitgleich bauen die Druckköpfe schichtweise das Bauteil und die zugehörige Stützkonstruktion auf. Bis dato wird Material Jetting hauptsächlich genutzt, um Prototypen und Gussmodelle herzustellen. Zwar ist die Produktion von Objekten mit höchster Genauigkeit möglich, doch das Verfahren funktioniert nur mit wachsähnlichen Werkstoffen, wodurch sich die möglichen Einsatzgebiete reduzieren.

Hinweis: Unsere Berichte sind oft sehr ausführlich. Daher bieten wir mit dieser PDF „Additive Fertigung Polymer“ eine Zusendung des Artikels im PDF-Format zur späteren Sichtung an. Nutzen Sie das Angebot um sich die Praxis-Impulse in Ruhe durchzulesen, Sie können hierfür auch einfach auf das PDF-Symbol klicken.

#6: Additive Fertigung per SLA – Stereolithografie

Die Stereolithografie gehört zu den ältesten additiven Fertigungsverfahren überhaupt. Erfunden wurde das Verfahren im Jahre 1983 von dem US-amerikanischen Ingenieur Chuck Hull, der Jahre später das bekannte Produktionsunternehmen für 3D-Drucker „3D Systems“ gründete. Verarbeitet werden per SLA sogenannte Photopolymere, also lichtaushärtende Kunststoffe. Das Werkteil entsteht aus einem Bad gefüllt mit flüssigem Photopolymer. Ein Laser bearbeitet die Flüssigkeit an den Stellen, die zum späteren Werkteil gehören, wodurch sich deren Aggregatzustand von flüssig zu fest ändert. Für die nächste Schicht wird mit einer Art Wischer gleichmäßig Flüssigkeit über der ersten Schicht verteilt, sodass der Zyklus von vorn beginnen kann. Das Verfahren erfordert Stützkonstruktionen, da das Werkteil ohne diese „Helfer“ einfach wegschwimmen würde – ein präzises Arbeiten wäre also nicht möglich.

#7: Additive Fertigung per DLP – Digital Light Processing

Das Digital Light Processing ist der Stereolithografie äußerst ähnlich. Auch hier wird das Bauteil aus einem Kunststoffbad herausgearbeitet. Entsprechend eignen sich für dieses Verfahren ebenfalls ausschließlich lichtempfindliche Polymere. Ein Projektor projiziert den schichtweisen Aufbau des späteren Werkteils auf den flüssigen Kunststoff und erhärtet diesen somit genau an den richtigen Stellen. Dann bewegt sich die Plattform um eine Schichtbreite nach unten und der Zyklus wiederholt sich, bis das Bauteil fertiggestellt ist. Aus den bereits bei der Stereolithografie erläuterten Gründen, lässt sich die Verwendung von Stützkonstruktionen nicht umgehen. Ein klarer Vorteil dieses additiven Fertigungsverfahrens ist der günstige Einstiegspreis, weshalb die Anschaffung eines DLP-Druckers auch für kleinere Unternehmen infrage kommt.