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Bild 3D-Drucker

Eine Einführung in die Welt des 3D-Drucks

Der 3D-Druck ist ein additiver Fertigungsprozess, bei dem Objekte in 3D erstellt werden. Materialien werden zusammengefügt und verfestigt, um eine Form mit nahezu jeder Geometrie zu konstruieren. Dieser Ansatz findet häufig im Schulunterricht, bei Hobbybastlern, bei der Prototypenerstellung, im Rahmen von Konzeptnachweisen und bei der Erstellung von Funktionsteilen Anwendung. Auf dem Markt ist je nach Anwendung und Budget eine große Auswahl an 3D-Drucktechnologien und -Materialien erhältlich. Die bei weitem gebräuchlichste dieser Technologien ist FFF (Fused Filament Fabrication). FFF-3D-Drucker drucken am häufigsten in PLA- oder ABS-Kunststoffen. Mit anderen Technologien ist es jedoch auch möglich, Harz, Kohlefaser und Metall zu drucken, obwohl diese 3D-Drucker weitaus kostenintensiver arbeiten.

Die additive Fertigung ist ein Prozess, bei dem Material zusammengefügt wird, um ein 3D-Objekt zu erstellen. Im Gegensatz dazu stehen andere traditionelle Fertigungsmethoden, bei denen ein subtraktiver Prozess verwendet wird: Hierbei wird Material entfernt, um ein 3D-Objekt zu erstellen, z. B. bei der CNC-Bearbeitung. Die additive Fertigung spart Abfallmaterial, Zeit und Kosten.

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3D-Druckressourcen - 3D-Drucktechnologie - 3D-Scantechnologie - 3D-Druckmaterialien

Die wichtigsten Vorteile des 3D-Drucks

1.

Verkürzte
Produkteinführungszeiten

Die Möglichkeit, Designs schnell und einfach direkt vor Ort zu erstellen, kann die Forschungs- und Entwicklungsphase jedes Projekts erheblich beschleunigen.

2.

Reduzierte
Kosten bei der Prototypenerstellung

3D-Druckmaterialien sind eine kostengünstige Möglichkeit, mehrere Versionen Ihrer Entwürfe zu erstellen und dabei stets die vollständige Kontrolle zu behalten.

3.

Fertigung
individueller Bauteile

Erstellen Sie einzigartige Designs, die nicht von gängigen Herstellern bezogen werden können, und vermeiden Sie die kostspielige Massenproduktion.

4.

Unbegrenzte
Möglichkeiten

Der 3D-Druck ist eine interessante und vielseitige Methode, um beliebig viele Designs zu erstellen. Sie eignet sich ideal für Profis und Entwickler.

3D-Druckerressourcen

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3D-Drucktechnologie

FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposition Modeling): Verwendet einen durchgehenden thermoplastischen Faden, der in einen Heizer-Extruderkopf geführt wird. Dieses Material wird anschließend bei ca. 180 bis 200 °C (je nach Material) aufgeschmolzen und durch die Düse des Druckkopfes gepresst. Das Material wird in kleinen Schichten gedruckt (Schichtauflösung kann voreingestellt sein), wobei jede Schicht trocknet, sobald sie auf die darunterliegende Schicht gedruckt wird. Das Kopf- und Druckbett wird dann automatisch verschoben, um die gewünschte 3D-Form zu bilden. FFF-3D-Drucker können aus zwei Materialien bestehen, sodass Benutzer entweder mit zwei Materialien gleichzeitig, einen Teil des Objekts mit einem löslichen Trägermaterial (zum Erstellen komplexer Geometrien) oder in einigen Fällen zwei separate Objekte gleichzeitig drucken können. Gängige Materialien umfassen PLA, PLA-Verbundstoffe, ABS, PETG, TPU, Nylon, PP und Polycarbonat.

B32-Harz-3D-Drucker: 3D druckt Harze mittels Photopolymerisation, wobei die Harze Licht ausgesetzt werden. Dadurch können sich Moleküle verbinden und ein Polymer bilden, woraus ein 3D-Objekt entsteht. Die Methode, bei der Licht dem Harz ausgesetzt wird, kann je nach Drucker unterschiedlich sein und SLA-, DLP- oder DPP-Technologien nutzen. Harze sind in verschiedenen Farben erhältlich und können flexibel, fest oder hochfest sein.

  • SLA: Diese Technologie verwendet einen Laserstrahl über den gesamten Druckbereich, um das Harz im Verlauf zu verfestigen. Bei diesem Vorgang wird das Design Schicht für Schicht in eine Reihe von Punkten und Linien aufgeteilt, welche als Koordinatensatz an den Galvos weitergegeben werden. Diese Technologie eignet sich ideal für das gleichzeitige Drucken mehrerer kleiner Teile und detaillierter großer Drucke.

  • DLP: Verwendet einen digitalen Projektor, um ein Bild jeder Ebene gleichzeitig über die gesamte Plattform aufleuchten zu lassen. Da der Projektor digital ist, besteht das Bild jeder Schicht aus quadratischen Pixeln, wodurch eine aus kleinen Rechtecken gebildete Schicht entsteht. Diese Technologie eignet sich für kleine, hochauflösende und komplexe Teile sowie für das schnelle Drucken von größeren Objekten mit weniger Details.

  • DPP: Verwendet tageslichtempfindliche Harze und ein LCD-Panel, das unter dem Harztank angeordnet ist, um helle Pixel (nicht UV-Licht) in das Kunstharz zu leuchten und es zu verfestigen.

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3D-Scantechnologie

3D-Scannen ist ein Prozess, bei dem ein reales Objekt analysiert wird, um seine geometrischen Daten und abhängig von der verwendeten Ausrüstung und seinem Aussehen zu erfassen. Die gescannten Daten können anschließend an eine 3D-CAD-Software übermittelt, bearbeitet oder deren Größe geändert und an einen 3D-Drucker gesendet werden. Das 3D-Scannen ist besonders nützlich bei der Erstellung einmaliger Repliken vorhandener dreidimensionaler Objekte, insbesondere wenn es sich bei diesem Objekt um ein kundenspezifisches Bauteil für einen Endanwendungsbereich handelt und der Benutzer eine exakte Kopie ohne Massenproduktion benötigt. 3D-Scanner können zur Anwendung am Arbeitsplatz oder für die mobile Nutzung geeignet sein. Desktop-Scanner verfügen normalerweise über einen Drehtisch, der das zu scannende Objekt um 360 Grad drehen kann. Tragbare Scanner erfordern, dass der Benutzer das Objekt von Hand scannt, bis bei dem Vorgang ausreichend Daten erfasst wurden, um ein 3D-Objekt zu erstellen.

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3D-Druckmaterialien

PLA (Polymilchsäure): Ein biologisch abbaubarer Thermoplast, der aus erneuerbaren Quellen (wie Maisstärke) hergestellt wird und zu den beliebtesten 3D-Druckmaterialien gehört, insbesondere bei Hobbybastlern. Dieser feste Thermoplast gilt als leicht zu bedruckendes Material und kann mit einem Standard-FFF-3D-Druckerextruder zuverlässig drucken. Obwohl das Material biologisch abbaubar und daher umweltfreundlich ist, wird es aufgrund seiner Sprödigkeit nicht als Konstruktionsmaterial eingestuft und fällt auseinander, wenn Benutzer darin schrauben oder bohren. PLA erfordert keine beheizte Druckoberfläche.
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PLA-Verbundstoffe: Diese bestehen aus PLA und einem Verbundwerkstoff (z. B. Holz oder Messing), um das Erscheinungsbild des Verbundmaterials zu verbessern, da die meisten Desktop-3D-Drucker kein Metall und 3D-Drucker kein Holz drucken können. Der PLA-Gehalt in PLA-Verbundwerkstoffen beträgt ungefähr 70%, während es sich bei den anderen 30% um Verbundwerkstoffe handelt. Derartige Materialien können abrasiv sein und besitzen nicht die gleichen biologisch abbaubaren Eigenschaften wie PLA. Ebenso weist dieses Verbund-PLA nicht die gleichen mechanischen oder leitenden Eigenschaften auf wie das Verbundmaterial (d. h. Stahl-PLA-Filament leitet Elektrizität nicht wie oder Wärme wie Stahl).
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ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol): Robustes und langlebiges Material, das ideal zum Bedrucken von Teilen geeignet ist, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Es ist weniger spröde als PLA und kann in einem Acetonbad lackiert werden, um eine glänzende Optik zu erzielen. Während des Druckvorgangs verformt sich das ABS. Zum Drucken ist zudem ein beheiztes Druckbett erforderlich. ABS ist ein Produkt auf Erdölbasis und im Gegensatz zu PLA nicht biologisch abbaubar. ABS produziert zudem giftige Dämpfe während des Druckens, die Benutzer als unangenehm wahrnehmen könnten. Ein Gehäuse und eine Absaugung werden daher dringend empfohlen. Dieses Material ist nicht lebensmittelecht.
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PETG (Polyethylen-Terephthalat-Glykol): Robustes, hochfestes Material zum Drucken von starken und stoßfesten Drucken. Im Gegensatz zu ABS weist PETG einen minimalen Verzug auf und ist als Material ideal für größere Drucke geeignet. PETG produziert zudem nicht die gleichen Dämpfe wie ABS, weshalb auch kein Gehäuse erforderlich ist. Weiterhin ist dieses Material lebensmittelecht und recycelbar. Die Nachteile von PETG sind, dass das Material durch UV-Licht geschwächt werden und eine Überhitzung dazu führen kann, dass es brüchig wird.
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TPU/TPE (Thermoplastische Polyurethan): Ein flexibler Thermoplast, ideal zum Bedrucken vieler gängiger Artikel wie z. B. Handyhüllen. Dieses Material hat eine Kautschuktextur und seine Festigkeit variiert je nach Hersteller und Zusammensetzung der verwendeten Rohstoffe. TPU/TPE ist sowohl Chemikalien, Ölen als auch gegen vielen Lösungsmitteln gegenüber beständig und widerstandsfähig gegen Abrieb. Dies macht es zu einem idealen Material für die Produktion von Endverbraucherteilen.
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Weitere 3D-Druckmaterialien sind: HIPS, Nylon, Polycarbonat und PVA
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