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Fused Deposition Modeling / Fused Filament Fabrication (FDM/FFF)

Fused Deposition Modeling (FDM) ist eines der am häufigsten verwendeten 3D-Druckverfahren und hat die Kunst und Weise, wie wir Prototypen, Modelle und sogar Endprodukte herstellen, revolutioniert. Es wurde in den 1980er Jahren von Scott Crump entwickelt und ist heute eine weit verbreitete Technologie in der additiven Fertigung. 

Hier ist ein Überblick darüber, wie das FDM-Verfahren funktioniert und welche Möglichkeiten es bietet

Funktionsweise des FDM-Verfahrens

1. Design: Der Prozess beginnt mit einem digitalen 3D-Modell des gewünschten Objekts. Dieses Modell wird mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design) erstellt oder kann aus einer Vielzahl von Quellen wie 3D-Modellierungsplattformen oder 3D-Scannern stammen.

2. Slicing: Die 3D-Drucksoftware verarbeitet das 3D-Modell und teilt es in dünne horizontale Schichten (Scheiben) auf. Dieser Vorgang wird als „Slicing“ bezeichnet und erzeugt eine Anweisungsdatei (G-Code), die dem 3D-Drucker sagt, wie er das Objekt Schicht für den Aufbau soll.

3. Drucken: Das FDM-Druckverfahren verwendet thermoplastische Filamente als Druckmaterial. Diese Filamente werden auf Spulen geliefert und in den 3D-Drucker eingelegt. Während des Druckvorgangs wird das Filament durch eine erhitzte Düse geschmolzen und präzise auf eine Druckplatte oder die bereits gedruckten Schichten aufgetragen. Die Schichten werden nacheinander aufgebaut und verschmelzen nach und nach zusammen, um das endgültige 3D-Objekt zu bilden.

4. Abkühlen und Aushärten: Sobald eine Schicht gedruckt ist, kühlt das geschmolzene Material schnell ab und härtet aus. Dadurch wird sichergestellt, dass die neue Schicht mit dem vorgeschriebenen Fest verklebt wird. Der Druckkopf bewegt sich dann vertikal nach oben, und der Prozess wird für jede Schicht wiederholt, bis das gesamte Objekt abgeschlossen ist.

Anwendungen des FDM-Verfahrens 

Prototypenbau

FDM eignet sich ideal für die schnelle und kostengünstige Herstellung von Prototypen. Ingenieure und Designer können ihre Ideen in physische Modelle umsetzen, um das Design zu überprüfen und zu optimieren, bevor sie teure Produktionswerkzeuge erstellen. 
Herstellung von Endprodukten: FDM ermöglicht die Produktion funktionaler Endprodukte, insbesondere für kleine Stückzahlen. Es ist besonders nützlich, wenn komplexe Geometrien oder individuelle Anpassungen gefragt sind. 

Bildungsbereich 

In Bildungseinrichtungen wird FDM häufig für den Unterricht verwendet, um Schülern und Studenten ein besseres Verständnis von Konstruktion, Technik und 3D-Modellierung zu vermitteln. 

Selective Laser Sintering (SLS) 

Das Selektive Lasersintern (SLS) ist ein hochentwickeltes 3D-Druckverfahren, das es ermöglicht, komplexe und funktionale Bauteile aus einer Vielzahl von pulverförmigen Materialien herzustellen. Es wurde in den 1980er Jahren entwickelt und hat sich seitdem zu einer bedeutenden Technologie in der additiven Fertigung entwickelt.

Der SLS-Druckprozess beginnt mit einem Behälter, der mit einem feinen Pulvermaterial, häufig Nylon, gefüllt ist. Eine Bauplattform senkt sich in das Pulverbett ein, und ein Hochleistungslaser wird präzise auf die Oberfläche gerichtet. Der Laserstrahl verschmilzt selektiv die Pulverpartikel an den bestrahlten Stellen miteinander, um eine Schicht des gewünschten Objekts zu bilden.

Sobald eine Schicht abgeschlossen ist, senkt sich die Bauplattform leicht ab, und eine neue Schicht Pulver wird aufgetragen. Der Laserstrahl verschmilzt erneut die Pulverpartikel, diesmal mit der manuellen Schicht, um die nächste Schicht des Objekts zu erstellen. Diese Schicht-für-Schicht-Aufbau setzt sich fort, bis das gesamte 3D-Modell vollständig gedruckt ist.

Ein besonderer Vorteil des SLS-Druckverfahrens ist seine Fähigkeit, Bauteile ohne die Notwendigkeit von Stützstrukturen zu drucken. Da das Pulverbett als Stütze für das zu druckende Objekt dient, ermöglicht die Fertigung komplexer, geometrisch anspruchsvoller Teile, die in anderen 3D-Drucktechnologien schwer oder unmöglich herzustellen wären.

Darüber hinaus eröffnet die Vielfalt der verfügbaren Materialien im SLS-Verfahren eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten. Neben Nylon können auch Kunststoffe, Metalle, Keramiken und sogar biokompatible Materialien verwendet werden, je nach den spezifischen Anforderungen des Projekts.

SLS findet in einer Vielzahl von Branchen Anwendung, einschließlich der Herstellung funktionaler Prototypen, Endprodukte, Werkzeuge, medizinischer Implantate, architektonischer Modelle und vielem mehr. Es ist besonders nützlich für die Fertigung von Kleinserien, da der Druckprozess keine aufwändigen Werkzeuge oder Formen erfordert, wie es bei herkömmlichen Fertigungsmethoden oft der Fall ist.

Insgesamt ist das SLS-Druckverfahren eine leistungsstarke und vielseitige Technologie, die es ermöglicht, hochwertige Teile mit komplexer Geometrie und unterschiedlichen Materialien in kurzer Zeit herzustellen. Es bleibt eine wichtige Methode in der additiven Fertigung und trägt dazu bei, die Grenzen der modernen Produktion zu erweitern.

Stereolithography (SLA) 

Das Stereolithografie-Verfahren (SLA) ist eine fortschrittliche und vielseitige 3D-Drucktechnologie, die es ermöglicht, hochpräzise und detailreiche Modelle, Prototypen und funktionale Teile herzustellen. 

Der SLA-Druckprozess basiert auf der Verwendung von flüssigem Photopolymerharz als Druckmaterial. Das Harz wird in einem Behälter platziert, und eine bewegliche Bauplattform, auch als Druckbett bezeichnet, taucht in das Harz ein. Anschließend wird ein UV-Laser präzise auf die Oberfläche des flüssigen Harzes gerichtet, wodurch das Material an den bestrahlten Stellen aushärtet und fest wird.

Schicht für Schicht wird das Druckbett abgesenkt, und der Laserstrahl modelliert die nächste Schicht des Objekts. Dieser schichtweise Aufbau setzt sich fort, bis das gesamte 3D-Modell komplett gedruckt ist. Da der Prozess Schichten mit hoher Präzision und feinen Details erzeugt, eignet sich SLA besonders für die Herstellung von komplexen Geometrien und filigranen Strukturen.

Ein bedeutender Vorteil des SLA-Druckverfahrens ist die außergewöhnliche Oberflächengüte der gedruckten Teile. Die glatten Oberflächen erfordern oft nur minimale Nachbearbeitung, was den Produktionsprozess effizienter macht. Diese Qualität macht SLA besonders geeignet für Anwendungen in der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt, dem Schmuckdesign und anderen Bereichen, bei denen eine glatte Oberfläche und feine Details entscheidend sind. 

Es ist wichtig zu erwähnen, dass SLA-Drucker in der Regel teurer sind als andere 3D-Drucktechnologien wie FDM oder SLS. Darüber hinaus erfordert das Handhaben des flüssigen Harzes besondere Vorsichts- und Sicherheitsmaßnahmen, da das Material photopolymerisierend ist und mit UV-Licht aushärtet.

Insgesamt ist das SLA-Druckverfahren jedoch eine leistungsstarke Methode zur Erstellung von Prototypen und funktionalen Teilen mit außergewöhnlicher Präzision und Oberflächengüte. Es hat sich als unverzichtbares Werkzeug in der Produktentwicklung, im Design und in vielen anderen Industriezweigen etabliert.