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3D-Druck durch Schmelzschichtung, wir erklären wie’s funktioniert !

Für manch einen bleibt der 3D-Druck ein Mythos, dabei ist diese neue Technologie bereits eine Revolution aus den 1980er Jahren. Wie genau funktioniert das nun?

Es existieren unterschiedliche Druckverfahren und eine Vielzahl an Druckern, die alle verschiedene Eigenschaften und Ansprüche erfüllen. In diesem Artikel beschäftigen wir uns mit der Technologie der Schmelzschichtung oder auch ‚Fused Filament Fabrication‘ (FFF), besser bekannt unter dem englischen Namen ‚Fused Deposition Modeling‘ (FDM). Sie wurde Ende der 80er Jahre von S. Scott Crump entwickelt und 1990 durch das von ihm gegründete Unternehmen Stratasys (USA) kommerzialisiert.

Wer „3D-Druck“ sagt, spricht gleichzeitig vom „3D-Druck-Modell“. Alles beginnt mit der virtuellen Konzeption eines Objektes mit Hilfe einer CAD-Anwendung (wie zum Beispiel CATIA, SolidWorks oder ProEngineer). Bevor die erhaltene 3D-Datei an den Drucker geschickt wird, wird sie, meistens im Format .STL, über eine spezielle „Slicing“-Software, wie zum Beispiel Makerware in viele einzelne Schichten zerlegt.

Schmelzschichtung

Extrusionsdüse des Druckers Replicator 2 von MakerBot // © Brad Campbell

Der 3D-Druck beginnt mit der Aufheizung des Gerätes auf eine Temperatur von ca. 200°C, welche für das Aufschmelzen des Materials erforderlich ist. Wenn die richtige Temperatur erreicht ist, wird das geschmolzene Material (Filament) bei einem Durchmesser von weniger als 1mm aus einer speziellen Düse extrudiert, die das Material auf einer Plattform, dem sogennanten Druckbett, platziert. Die Düse bewegt sich in der Regel auf zwei Achsen, X, Y. Nach jeder abgeschlossenen Lage senkt sich das Druckbett ab (Z-Richtung) und so entsteht Schicht für Schicht das finale Objekt.

Diese Technologie ist kompatibel mit einer großen Anzahl an thermoplastischen Polymeren (PLA, ABS, Polycarbonat, Polyphenylsulfon (PPSF), ULTEM), wodurch sich ein breites Farbspektrum der Materialien ergibt (98% aller Photoshop-Farben sind zum Druck möglich) sowie hervorragende mechanische und biokompatible Eigenschaften. Durch Anpassung des Düsenkopfes ist es sogar möglich, mit Filamenten aus Holz- und Steingemischen (LayWood und LayBrick), als auch mit Keramik zu drucken. So kommt die Schmelzschichtung auf den verschiedensten Gebieten zum Einsatz: Ob in der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, in der Architektur, der Medizin, der Kunst, in der Dekoration oder im Bereich der Kochkunst; sowohl für Rapid Prototyping als auch zur Herstellung von Funktionsteilen.

Schmelzschichtung

Die unterschiedlichen Bestandteile eines FDM-Druckers // Copyright ©2008 CustomPartNet

Das folgende Video veranschaulicht das FDM-Druckverfahren (in englischer Sprache):

FDM-Drucker haben das beste Preis-Leistungs-Verhältnis bezüglich der Produktion von Kleinserien. Die führenden Hersteller dieser Industrie, mit den meistverkauften privaten 3D-Druckern sind MakerBot (Stratasys) und 3D Systems mit dem Modell „Cube“ (Kosten: ca. 1.299 USD). Im Bereich der industriellen Maschinen bietet Stratasys sein Modell „Mojo“ für ca. 9.990 USD an, oder aber HP den Designjet für ca. 17.000 USD.

Im Folgenden Video eine Präsentation des Druckermodells Mojo (in englischer Sprache):

Titelbild: © Econolyst.

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Über alexander

Nach meinem Abschluss als Bachelor of Science in Wirtschaftswissenchaften in Deutschland suchte ich den Weg ins Ausland, um mich neuen Herausforderungen zu stellen. Als International Business & Economics Masterstudent an der Universität Pavia, Italien, bin ich seit Juli 2016 Teil des 3Dnatives Team. Das Interesse für den 3D-Druck entwickelte ich, als ich erfahren habe, welche unglaublichen Möglichkeiten hinter dieser technologischen Revolution stecken und dass das volle Potential noch lange nicht ausgeschöpft ist. Diese Entwicklung zu verfolgen und aktiv mitzugestalten ist sehr aufregend. Neben meinen Interessen für Technik und Wirtschaft bin ich großer Film- und Sportfan.