Hervorragende Materialien für den 3D-Druck sind unerlässlich, um Fertigungsprojekte zum Leben zu erwecken. Die Verbesserung der 3D-Drucktechnologien ging mit der Verfügbarkeit einer breiteren Palette von Materialien einher, die von grundlegenden Kunststoffen bis hin zu komplexen Metalllegierungen oder Verbundwerkstoffen reichen und den Bedürfnissen der Industrie in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Medizin oder alltäglichen Konsumgütern gerecht werden sollen.

Die Wahl des richtigen Materials macht einen Unterschied, ob Sie einen Hobby- oder einen professionellen 3D-Drucker betreiben, denn es hat direkten Einfluss auf das mechanische Verhalten, die Genauigkeit und die langfristige Festigkeit. In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Materialien, ihre Stärken, Schwächen und praktischen Anwendungen behandelt.

Was sind 3D-Druckmaterialien und wie funktionieren sie?

Wir alle wissen, dass 3D-Druck-Materialien sind die Stoffe, die 3D-Drucker verwenden, um Objekte schichtweise übereinander zu erstellen. Die Auswahl der Materialien hängt stark von dem jeweiligen Druckermodell und der Druckmethode ab.

Es besteht auch ein verstärktes Interesse an Materialien, die eine hohe Leistungsfähigkeit aufweisen. Nach Prognosen von Statista wird der globale Markt für 3D-Druckmaterialien wird in der Dekade 2027 die Marke von $6,5 Milliarden überschreiten.

Das bekannteste und am besten geeignete Verfahren für die Herstellung von 3D-Objekten ist der 3D-Druck aus Kunststoff. Kunststoffmaterialien sind billig, flexibel und leicht zu verarbeiten, was sie ideal für den Bau von Prototypen, Spielzeug und Funktionselementen macht.

Gängige Kunststoffmaterialien

• PLA (Polymilchsäure): Vollständig biologisch abbaubar, einfach zu verwenden, minimale Verformung, ideal für Anfänger.

• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol): Es ist für seine Zähigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit bekannt und wird häufig in Automobilteilen verwendet.
• PETG (Polyethylenterephthalat-Glykol): Stark und chemisch widerstandsfähig, daher ideal für mechanische Teile.
• Nylon: Flexibel und abriebfest, ideal für Scharniere und ineinander greifende Teile.
• TPU (Thermoplastisches Polyurethan): Schwer zu biegen, nützlich für die Herstellung von Schuhen und Telefonschutzhüllen.

Solche Materialien werden häufig in FDM-Druckern (Fused Deposition Modeling) verwendet. 3D-Druckmaterialien sind aufgrund ihrer Nützlichkeit und Kostenfreundlichkeit nach wie vor beliebt.

Materialien für den 3-D-Druck aus Metall

3D-Metalldrucker stellen robuste Komponenten her, indem sie geschmolzenes Metallpulver mit Hilfe von Lasern oder Elektronenstrahlen für den Einsatz in der Industrie und Medizintechnik zusammenschweißen. Gängige Metallmaterialien:

• Rostfreier Stahl: Perfekt für den Einsatz in medizinischen Geräten und bei der Handhabung von Lebensmitteln.
• Titan: Aufgrund ihrer Festigkeit und ihres geringen Gewichts eignen sich diese Werkstoffe für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie für Implantate.
• Aluminium: Es weist eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf und wird häufig in der Elektronik- und Automobilbranche eingesetzt.

• Inconel: Eine Legierung, die für hohe Leistung in schwierigen Umgebungen hergestellt wird.
• Herkömmliche Techniken, die in den 3D-Metalldruckern eingesetzt werden, sind DMLS (Direktes Metall-Laser-Sintern) und EBM (Elektronenstrahlschmelzen). Diese Produktionstechniken erfordern hochkomplexe Maschinen und werden nur in Industriezweigen angewandt, die eine hohe Produktionsqualität erfordern.

Die Statistiken aus einem Bericht von Wohlers Associates zeigen, dass der Metalldruck einen 27% jährliche Wachstumsrate in 2023was die verstärkte Integration in die Industriesegmente widerspiegelt.

Zusammengesetzte 3-dimensionale Druckmaterialien

Die Verbundwerkstoffe bestehen aus einem Kunststoffverbundstoff mit Verstärkungselementen wie Kohlenstofffasern, Glas oder Metallpartikeln. Solche Materialien weisen verbesserte mechanische Eigenschaften auf, darunter Hitzebeständigkeit und erhöhte Steifigkeit.

• Kohlenstofffaserverstärktes PLA: Es zeichnet sich durch Leichtigkeit und Langlebigkeit aus und eignet sich daher für die Verwendung in Automobil- und Drohnenbauteilen.
• Glasgefülltes Nylon: Nicht abgenutzt und mit genauen Abmessungen - am besten für mechanische Teile.
• Holzgefülltes PLA: Perfekt für dekorative Zwecke, da es eine weiche Färbung hat und leicht zu reinigen ist.

3D-Drucker für die Produktion In der Regel werden Verbundwerkstoffe verwendet, um die strukturellen Anforderungen zu erfüllen, ohne zusätzliches Gewicht oder zusätzliche Kosten zu verursachen.

Ein vollständiger Leitfaden für die Materialauswahl 

Die Auswahl des richtigen 3D-Druckmaterials sollte auf die individuellen Bedürfnisse Ihres Projekts abgestimmt sein. Im Folgenden sind die Faktoren aufgeführt, die bei der Auswahl der Materialien berücksichtigt werden sollten:

Mechanische Eigenschaften

Die Zug- und Biegefestigkeit sowie die Fähigkeit, Stößen zu widerstehen, ist eines der wichtigsten Merkmale für die Leistung eines Materials im wirklichen Leben.

Wärmewiderstand

Dies gilt insbesondere für Bauteile, die unter heißen oder mechanisch schwierigen Bedingungen arbeiten. PEEK und Metalle bieten eine ausgezeichnete thermische Beständigkeit.

Oberfläche

Bei Gegenständen, die gut aussehen sollen (z. B. Konsumgüter), sollten Sie sich für Materialien entscheiden, die eine glatte Oberfläche aufweisen oder leicht nachbearbeitet werden können.

Kosten und Verfügbarkeit

PLA und ABS sind weit verbreitet und kostengünstig und unterscheiden sich von Metallen und Verbundwerkstoffen, die relativ teuer sind und üblicherweise in industriellen Anwendungen eingesetzt werden.

Anwendungsspezifische Erfordernisse

PLA oder ABS eignen sich für die Herstellung von Teilen, die als Prototypen dienen sollen.

Bei der Herstellung von Werkzeugen oder Produktionsteilen ist der Einsatz eines 3D-Metalldruckers oder von Verbundwerkstoffen unbedingt erforderlich.

3D-Drucktechnologien und Kompatibilität

Jedes 3D-Druckverfahren ist auf die Unterstützung bestimmter Materialien zugeschnitten. Es ist wichtig zu wissen, welche Materialien mit Ihrem Drucker kompatibel sind.

• FDM (Fused Deposition Modeling): Unterstützt PLA, ABS, PETG und Nylon. Am zugänglichsten und budgetfreundlichsten
• SLA (Stereolithographie): Es eignet sich gut für die Herstellung von Teilen, die wunderbare Details erfordern, unter Verwendung von Harzmaterial.
• SLS (Selektives Laser-Sintern): Unterstützt den Verbrauch von pulverförmigen Kunststoffen und Verbundwerkstoffen. Entwerfen Sie starke Objekte, die ohne Stützstrukturen verwendet werden können.
• DMLS (Direktes Metall-Laser-Sintern): Ideal für 3D-Drucker aus Metall. Ermöglicht hohe Präzision und starke Teile.
• Multi Jet Fusion (MJF): Bietet eine höhere Geschwindigkeit und Auflösung als SLS, aber mit denselben Materialverfahren.

Wenn man in die Massenproduktion einsteigen will, wäre der MJF- oder SLS-Drucker der richtige Weg.

Praktische Anwendungen von 3D-Druckmaterialien

Luft- und Raumfahrt

Titan- und Kohlefaserverbundwerkstoffe ermöglichen eine kostensparende Gewichtsreduzierung bei gleichbleibender Festigkeit.

Gesundheitswesen

Rostfreier Stahl wird für die Herstellung von chirurgischen Instrumenten und biokompatiblen Harzen für Implantationsgeräte verwendet.

Automobilindustrie

Nylon und ABS eignen sich gut für die Konstruktion von Funktionsteilen, und Aluminium wird üblicherweise für die Teile eines Motors verwendet.

Konsumgüter

PLA eignet sich am besten für die Gestaltung von Prototypen; TPU ist geeignet für tragbare Anwendungenund PETG für die Elektronikfertigung.

Die Zukunft der 3D-Druckmaterialien

Das neue 3D-Druckmaterial zeichnet sich durch Nachhaltigkeit, Leistung und Anpassungsfähigkeit aus.

Aufkommende Trends

• Recycelte Filamente: Hergestellt aus Post-Consumer-Kunststoffabfällen

• Biobasierte Materialien: Aus Quellen wie Algen, Mais und anderen natürlich nachhaltigen Materialien
• Leitende Materialien: Die Möglichkeit, die Erstellung von Schaltkreisen in den 3D-Druckprozess einzubringen
• Intelligente Werkstoffe: Fügen Sie die Reaktionen auf Änderungen des Wärme- und Feuchtigkeitsgrades hinzu.

Mit dem Aufkommen von 3D-Drucktechnologiewird der Einsatz von KI zur Verbesserung von Materialien und Druckbedingungen erwartet.

Schlussfolgerung

Die Auswahl der 3D-Druckmaterialien ist entscheidend für die Leistung Ihres Drucks, da sie direkte Auswirkungen auf die Genauigkeit Ihrer Entwürfe und die Haltbarkeit Ihrer Teile hat. Unabhängig davon, ob Sie 3D-Drucktechniken aus Kunststoff für Prototypen oder 3D-Druck aus Metall zur Herstellung leistungsrelevanter Komponenten verwenden, ist die Kenntnis der Materialoptionen von entscheidender Bedeutung.

Verbesserungen in der 3D-Drucktechnologie haben eine Welt der Möglichkeiten für Designer, Ingenieure und Hersteller eröffnet, da die Vielfalt der angebotenen Materialien zunimmt. Wie finden Sie diesen Artikel? Teilen Sie uns Ihre Gedanken mit und schreiben Sie uns.

FAQs

1. Wie viele Arten von Materialien werden üblicherweise für den 3D-Druck verwendet?

Hierfür werden zwei gängige Arten von Metall und Kunststoff verwendet: PLA, ABS, PETG für Kunststoffe; Metallteile aus rostfreiem Stahl und Titan werden damit gedruckt.

2. Haben normale Menschen Zugang zu 3D-Metalldruckern?

Nein, 3D-Metalldrucker werden in den meisten Fällen für den professionellen Einsatz gebaut und erfordern spezielle Ausrüstung und Vorsichtsmaßnahmen.

3. Welches Material eignet sich am besten für den Bau von Funktionsprototypen?

ABS und PETG sind die bevorzugten Materialien, wenn es um Festigkeit und Haltbarkeit geht. Nylon ist ebenfalls ein geeignetes Material, das für die Herstellung beweglicher Teile verwendet werden kann.

4. Ist gewährleistet, dass der 3D-Kunststoffdruck zuverlässige Ergebnisse für die fertigen Produkte liefert?

Dies gilt vor allem bei der Verwendung von 3D-Druckern in Produktionsqualität und Verbundwerkstoffen. Die Widerstandsfähigkeit der gedruckten Teile hängt von der Art des Kunststoffs und seinem Zweck ab.

5. Sind die Materialien für den 3D-Druck umweltfreundlich?

Einige, wie PLA, sind biologisch abbaubar. Recycelte und biologisch abbaubare Materialien werden in der Industrie zunehmend eingesetzt.