Wenn Sie bei 3D-Druck zuerst an eine Filamentrolle, eine heiße Düse und ein Bauteil denken, das langsam auf einem Druckbett wächst, liegen Sie nicht falsch.
Aber Sie sehen damit nur einen Teil der 3D-Druckwelt.
Denn 3D-Druck ist nicht ein einziges Verfahren, sondern ein Sammelbegriff für verschiedene additive Fertigungstechnologien. Je nach Verfahren wird mit Kunststofffilament, flüssigem Kunstharz, Kunststoffpulver oder sogar Metall gearbeitet.
Das gemeinsame Prinzip bleibt dabei immer gleich:
Ein digitales 3D-Modell wird schrittweise in ein reales Bauteil umgesetzt, indem Material gezielt hinzugefügt wird.
Die internationale Norm ISO/ASTM 52900 beschreibt additive Fertigung genau nach diesem Grundprinzip: Dreidimensionale Geometrien entstehen durch die schrittweise Zugabe von Material.
Für den Einstieg müssen Sie sich allerdings nicht sofort durch sämtliche technischen Unterkategorien kämpfen. Die wichtigsten Verfahren lassen sich recht anschaulich unterscheiden.
FDM / FFF – 3D-Druck mit Filament
Beginnen wir mit dem Verfahren, das wahrscheinlich die meisten Menschen mit einem klassischen 3D-Drucker verbinden.
FDM steht für Fused Deposition Modeling, FFF für Fused Filament Fabrication. Beide Begriffe beschreiben im Wesentlichen dasselbe Prinzip.
Ein Kunststofffaden – das sogenannte Filament – wird in einem beheizten Druckkopf aufgeschmolzen. Anschließend tritt das Material durch eine feine Düse aus und wird Bahn für Bahn aufgetragen.
Ist eine Schicht fertig, folgt die nächste. Und dann noch eine. Und noch eine.
Bis aus der digitalen Datei ein reales Bauteil geworden ist.
FDM/FFF eignet sich unter anderem sehr gut für funktionale Bauteile, Prototypen, Halterungen, Gehäuse und zahlreiche individuelle Konstruktionen.
Wie dieses Verfahren im Detail funktioniert, erklären wir ausführlich in unserem Grundlagenbeitrag „Wie funktioniert FDM-3D-Druck?“.
SLA – 3D-Druck aus flüssigem Kunstharz
Beim SLA-Druck sieht die Sache schon völlig anders aus.
Hier gibt es keine Filamentrolle und keine Düse, die geschmolzenen Kunststoff aufträgt.
Stattdessen arbeitet das Verfahren mit einem flüssigen lichtempfindlichen Kunstharz, häufig als Resin bezeichnet.
Eine Lichtquelle härtet dieses Harz gezielt aus. So entsteht ebenfalls Schicht für Schicht ein dreidimensionales Objekt.
Das klingt ein wenig nach Science-Fiction, ist aber eine der ältesten 3D-Drucktechnologien überhaupt.
SLA steht für Stereolithografie. Das Verfahren geht auf die frühen Entwicklungen des 3D-Drucks in den 1980er-Jahren zurück.
Resin-Drucker sind vor allem dort interessant, wo sehr feine Details und hochwertige Oberflächen gefragt sind.
Neben klassischem SLA gibt es verwandte Verfahren wie DLP oder MSLA/LCD-Druck, bei denen sich vor allem die Art unterscheidet, wie das flüssige Harz belichtet wird.
Für den Einstieg reicht aber zunächst die einfache Vorstellung:
FDM arbeitet mit Filament – SLA arbeitet mit flüssigem Kunstharz.
SLS – 3D-Druck aus Pulver
Und jetzt wird es noch einmal ganz anders.
Beim SLS-Verfahren – Selective Laser Sintering – entsteht das Bauteil in einem Bett aus feinem Kunststoffpulver.
Eine dünne Pulverschicht wird aufgebracht. Anschließend verschmilzt beziehungsweise versintert ein Laser gezielt diejenigen Bereiche, die zur jeweiligen Bauteilschicht gehören.
Das Besondere dabei: Das nicht verfestigte Pulver umgibt das entstehende Bauteil und kann es während des Drucks stützen.
Deshalb sind bei SLS häufig keine klassischen Supportstrukturen erforderlich.
Das ermöglicht auch komplexe Formen und Geometrien, die sich mit anderen Verfahren schwieriger herstellen lassen.
SLS findet man häufig eher im professionellen oder industriellen Umfeld als auf dem heimischen Schreibtisch.
Filament, Resin oder Pulver – schon daran erkennt man große Unterschiede
Für Einsteiger kann man sich die drei bekanntesten Verfahren deshalb sehr einfach merken:
Schon das Ausgangsmaterial zeigt, wie unterschiedlich die technische Umsetzung sein kann.
Und genau deshalb sehen auch die Drucker selbst teilweise völlig unterschiedlich aus.
Ein FDM-Drucker benötigt beispielsweise einen Extruder, ein Hotend und eine Düse.
Ein Resin-Drucker besitzt dagegen einen Behälter mit flüssigem Kunstharz und eine entsprechende Lichtquelle.
Ein SLS-System arbeitet wiederum mit einem Pulverbett und einer Laserquelle.
Drei Verfahren – drei völlig unterschiedliche Maschinenkonzepte.
Gibt es noch weitere 3D-Druckverfahren?
Ja. Deutlich mehr.
Die additive Fertigung wird nach ISO/ASTM 52900 in grundlegende Prozesskategorien eingeordnet. Dazu gehören unter anderem:
- Material Extrusion
- Vat Photopolymerization
- Powder Bed Fusion
- Binder Jetting
- Material Jetting
- Directed Energy Deposition
- Sheet Lamination
Damit geht die Welt des 3D-Drucks deutlich über Filament- und Resin-Drucker hinaus.
Binder Jetting
Beim Binder Jetting wird ein pulverförmiges Material schichtweise verteilt. Ein Druckkopf bringt anschließend gezielt ein Bindemittel auf und verbindet die entsprechenden Pulverbereiche.
Das Verfahren kann beispielsweise mit Metall, Keramik oder Sand eingesetzt werden. Je nach Material sind nach dem eigentlichen Druck weitere Fertigungsschritte erforderlich.
Material Jetting
Beim Material Jetting werden sehr kleine Materialtröpfchen gezielt aufgebracht und anschließend ausgehärtet.
Vom Grundprinzip erinnert das ein wenig an einen Tintenstrahldrucker – nur dass dabei ein dreidimensionales Objekt entsteht.
Metall-3D-Druck
Auch Metalle können additiv gefertigt werden.
Ein bekanntes Prinzip ist die Powder Bed Fusion mit Metallpulver, bei der ein Laser oder Elektronenstrahl Metallpulver gezielt aufschmilzt und daraus Schicht für Schicht ein massives Bauteil erzeugt.
Solche Anlagen spielen vor allem in industriellen Bereichen eine Rolle, beispielsweise bei komplexen technischen Bauteilen.
Directed Energy Deposition
Bei der Directed Energy Deposition (DED) wird Material direkt auf eine vorhandene Oberfläche aufgebracht und gleichzeitig durch eine konzentrierte Energiequelle – beispielsweise einen Laser – aufgeschmolzen.
Dieses Verfahren wird unter anderem zur Herstellung, Erweiterung oder Reparatur metallischer Bauteile eingesetzt.
Welches 3D-Druckverfahren ist das beste?
Und jetzt kommt die typische Antwort:
Es kommt darauf an.
Denn das „beste“ Verfahren gibt es nicht.
Ein Verfahren kann besonders gut für große funktionale Bauteile geeignet sein, ein anderes liefert besonders feine Details und ein drittes ermöglicht komplexe industrielle Geometrien.
Entscheidend sind beispielsweise:
- gewünschte Oberfläche
- notwendige Detailgenauigkeit
- mechanische Anforderungen
- Bauteilgröße
- Stückzahl
- Material
- Kosten
- gewünschter Einsatzzweck
Ein fein detailliertes Modell stellt völlig andere Anforderungen als ein großer funktionaler Halter.
Genau deshalb sollte nicht zuerst gefragt werden: „Welches Verfahren ist grundsätzlich das beste?“
Sondern:
„Welches Verfahren passt am besten zu diesem Bauteil?“
Warum ist FDM trotzdem so bekannt?
FDM beziehungsweise FFF hat einen entscheidenden Vorteil: Das Verfahren ist vergleichsweise leicht zugänglich.
Die Geräte reichen von kompakten Desktop-Druckern bis zu professionellen Fertigungssystemen. Gleichzeitig steht eine große Auswahl unterschiedlicher Filamente zur Verfügung.
Deshalb begegnet man FDM sowohl im privaten Bereich als auch bei professionellen Druckdienstleistungen sehr häufig.
Andere Verfahren wie SLS oder industrielle Metallverfahren erfordern dagegen meist deutlich aufwendigere Anlagen, Prozesse und Arbeitsumgebungen.
Das macht sie nicht besser oder schlechter – sondern schlicht für andere Aufgaben geeignet.
Drei Verfahren, die Sie sich zunächst merken können
Wenn Sie gerade erst in das Thema 3D-Druck einsteigen, müssen Sie sich nicht sofort sämtliche Begriffe merken. Für den Anfang reichen drei:
Damit haben Sie bereits einen sehr guten Überblick über drei der bekanntesten Grundprinzipien des heutigen 3D-Drucks.
Fazit: 3D-Druck ist viel mehr als Filament und Düse
Wer „3D-Drucker“ hört, denkt schnell an einen kleinen Drucker mit Filamentrolle.
Doch additive Fertigung kann deutlich mehr.
Je nach Verfahren wird Material extrudiert, mit Licht ausgehärtet, als Pulver verschmolzen, mit Bindemittel verbunden oder direkt mit hoher Energie aufgetragen.
Das Ziel bleibt immer ähnlich:
Aus digitalen Daten entsteht Schicht für Schicht ein reales Bauteil.
Wie dieses Ziel erreicht wird, kann technisch jedoch vollkommen unterschiedlich aussehen.
Und genau darin liegt eine der großen Stärken des 3D-Drucks: Für sehr unterschiedliche Anforderungen stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Wie belastbar das spätere Bauteil wird, hängt außerdem von Verfahren, Material und Auslegung ab – mehr dazu im Beitrag „Wie stabil sind 3D-Drucke?“.