Filament, Kunstharz, Polymerpulver oder Metall: Welches 3D-Druck-Material für ein Bauteil geeignet ist, hängt vor allem von dessen späterer Funktion ab. Festigkeit, Flexibilität, Temperaturbeständigkeit, elektrische Eigenschaften, Oberfläche und das eingesetzte 3D-Druckverfahren grenzen die Auswahl ein.
Die Materialentscheidung sollte deshalb nicht isoliert getroffen werden. Bauteil, Werkstoff und 3D-Druckverfahren müssen zusammenpassen.
Ein Konzeptmodell stellt andere Anforderungen an das Material als eine Halterung, eine Vorrichtung oder ein belastbares Endbauteil.
Für Prototypen und Anschauungsmodelle können beispielsweise Kunststofffilamente oder Kunstharze eingesetzt werden. Für funktionale Prototypen, Endverbrauchsteile und Kleinserien stehen unter anderem Polymerpulver für das SLS-Verfahren zur Verfügung.
Werden besonders belastbare Werkzeuge, Vorrichtungen oder Endanwendungsteile benötigt, können bei ausgewählten FFF-Systemen Bauteile zusätzlich mit Endlosfasern verstärkt werden. Muss das Bauteil tatsächlich aus Metall bestehen, kommen metallische Werkstoffe und entsprechende Metall-3D-Druckverfahren infrage.
Bei der Materialauswahl sollten die Anforderungen des späteren Einsatzes möglichst früh definiert werden. Dazu gehören unter anderem:
Erst aus diesen Anforderungen lässt sich ableiten, welche Materialgruppe und welches 3D-Druckverfahren infrage kommen.
Beim FFF-Verfahren werden Kunststofffilamente aufgeschmolzen und Schicht für Schicht aufgebaut. Das Verfahren eignet sich unter anderem für Prototypen, Halterungen, Vorrichtungen, Wartungsteile, funktionale Kunststoffteile und Kleinserien.
Raise3D-Systeme ermöglichen die Verarbeitung einer breiten Auswahl unterschiedlicher Filamente. Soll ein besonders großes Kunststoffbauteil gefertigt werden, stehen bei 3D-MODEL außerdem großformatige FFF-Systeme von LOOP 3D zur Verfügung.
Für Anwendungen mit höheren mechanischen Anforderungen können ausgewählte Markforged-Systeme Bauteile zusätzlich mit Endlosfasern verstärken. Damit lässt sich der Materialaufbau gezielt an belastbare Werkzeuge, Vorrichtungen oder Endanwendungsteile anpassen.
Eine Endlosfaserverstärkung kommt vor allem dann infrage, wenn ein konventionelles Kunststoffbauteil die geforderte mechanische Belastbarkeit nicht erreicht.
Entscheidend ist deshalb nicht allein die Frage „Welches Filament soll ich verwenden?“, sondern welche Belastungen das fertige Bauteil aufnehmen muss.
SLA und MSLA verarbeiten flüssige Kunstharze. Bei SLA wird das Material mit einem Laser punktweise ausgehärtet. Bei MSLA wird jeweils eine vollständige Schicht belichtet.
Resin-Materialien eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen präzise Details und glatte Oberflächen wichtig sind. Dazu zählen unter anderem Konzeptmodelle, präzise Prototypen, Kleinserien sowie technische, medizinische und schmuckbezogene Anwendungen.
Je nach eingesetztem System können sowohl kleine Präzisionsteile als auch größere Resinbauteile gefertigt werden.
Zu berücksichtigen ist außerdem die Nachbearbeitung: Resinbauteile müssen nach dem Druck gewaschen und ausgehärtet werden. Materialauswahl und Fertigungsprozess sollten deshalb gemeinsam betrachtet werden.
Beim selektiven Lasersintern werden Polymerpulver verarbeitet. Das Material wird mit einem Laser verschmolzen. Das nicht verschmolzene Pulver umgibt das Bauteil während des Drucks und übernimmt gleichzeitig eine stützende Funktion.
Bei 3D-MODEL stehen für SLS unter anderem folgende Materialgruppen zur Verfügung:
SLS eignet sich besonders für funktionale Prototypen, komplexe Geometrien, Endverbrauchsteile, Maßanfertigungen, mehrere Bauteile innerhalb eines Druckauftrags und Kleinserien.
Ein wichtiger Vorteil bei komplexen Geometrien: Zusätzliche Stützstrukturen sind nicht erforderlich. Nach dem Druck werden die Bauteile entpulvert. Je nach gewünschter Oberfläche können sie anschließend zusätzlich geglättet oder versiegelt werden.
Wenn das Bauteil tatsächlich aus Metall bestehen und hohe funktionale Anforderungen erfüllen muss, stehen bei 3D-MODEL unterschiedliche Wege für den Metall-3D-Druck zur Verfügung.
Beim LPBF-Verfahren wird Metallpulver direkt mit einem Laser aufgeschmolzen. Das Verfahren kommt unter anderem für komplexe, präzise und belastbare Metallbauteile infrage.
Beim Metal-X-Verfahren wird gebundenes Metallpulver verarbeitet. Der Fertigungsprozess besteht aus mehreren Schritten: Drucken → Waschen → Sintern
Das Verfahren eignet sich unter anderem für Funktionsteile, Werkzeuge und Vorrichtungen. Welche Metalltechnologie und welches Material sinnvoll sind, hängt von der Geometrie, den Anforderungen des Bauteils und dem geplanten Fertigungsprozess ab.
Die Entscheidung sollte von der Anwendung ausgehen. Für viele Prototypen, Vorrichtungen, Halterungen oder funktionale Bauteile stehen unterschiedliche Kunststofflösungen zur Verfügung. Werden höhere mechanische Anforderungen gestellt, kann eine Endlosfaserverstärkung eine Möglichkeit sein.
Für detailreiche Bauteile und glatte Oberflächen bieten sich Kunstharze an. Komplexe funktionale Kunststoffteile und Kleinserien können mit SLS und Polymerpulvern gefertigt werden.
Muss das Bauteil dagegen aus Metall bestehen, kommen LPBF oder Metal X infrage.
Unsicher, welches Material zum Bauteil passt?3D-MODEL betrachtet nicht nur einzelne Werkstoffe oder Drucker, sondern die gesamte Anwendung. Gemeinsam ordnen wir Bauteilanforderungen, Material und geeignetes 3D-Druckverfahren ein.
Jetzt beraten lassen
Die Materialauswahl ist nur ein Teil des gesamten Fertigungsprozesses. Existiert beispielsweise nur ein vorhandenes Bauteil, kann dieses zunächst mit einem 3D-Scanner digitalisiert werden. Über Reverse Engineering lassen sich die erfassten Daten anschließend in ein CAD-Modell überführen und für die additive Fertigung vorbereiten.
Ein möglicher durchgängiger Prozess ist: 3D-Scanning → CAD-Datenerstellung → Material- und Verfahrensauswahl → 3D-Druck → Nachbearbeitung
Damit werden Digitalisierung, Konstruktion, Materialentscheidung und Fertigung nicht als einzelne Schritte betrachtet, sondern aufeinander abgestimmt.
Das beste 3D-Druck-Material gibt es nicht unabhängig vom Bauteil. Entscheidend sind dessen Funktion und die geforderten Eigenschaften.
Kunststofffilamente bieten zahlreiche Möglichkeiten für Prototypen, Vorrichtungen, Wartungsteile und funktionale Bauteile. Endlosfasern ermöglichen zusätzliche Verstärkung. Kunstharze eignen sich für detailreiche Bauteile und glatte Oberflächen. Polymerpulver werden im SLS für funktionale und komplexe Kunststoffteile eingesetzt. Für metallische Bauteile stehen Verfahren wie LPBF und Metal X zur Verfügung.
3D-MODEL unterstützt deshalb nicht nur bei der Auswahl eines Materials. Material, 3D-Druckverfahren, Bauteilgeometrie, 3D-Scanning, CAD-Datenerstellung und Nachbearbeitung werden zu einer passenden Gesamtlösung verbunden.
Du hast konkrete Anforderungen an Festigkeit, Oberfläche, Geometrie oder Einsatzbereich und möchtest wissen, welches 3D-Druck-Material und welches Verfahren dafür geeignet sind?
Lass deine Anwendung von 3D-MODEL einordnen. Wir finden gemeinsam die passende Lösung für dein Bauteil.
Zurück zum Blog