Welche Materialien werden am häufigsten für den 3D-Druck verwendet?

Als eine Form der additiven Fertigung ist der 3D-Druck ein äußerst vielseitiges Verfahren, das Ingenieuren und Produktdesignern ein hohes Maß an Kontrolle über die Beschaffenheit, die Merkmale und die Festigkeit ihrer Produkte ermöglicht. Darüber hinaus lassen sich diese Vorteile des 3D-Drucks viel schneller und in viel weniger Schritten realisieren als viele herkömmliche Fertigungsmethoden.

Bei der Betrachtung der Vorteile des 3D-Drucks und seiner erstaunlichen Vielseitigkeit wird oft die Frage gestellt, welche Arten von Materialien diesen additiven Verfahren zugrunde liegen. Die Wahrheit ist, dass es viele verschiedene Arten von 3D-Druckmaterialien gibt, und jedes hat unterschiedliche Stärken und Schwächen. Neben den funktionalen Aspekten der verschiedenen 3D-Druckmaterialien sind auch die Kosten für viele Produktentwickler ein sehr wichtiger Faktor. In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf einige der gängigsten 3D-Druckmaterialien, einschließlich ihrer unterschiedlichen Eigenschaften, Kostenüberlegungen und Anwendungen.

Von allen verschiedenen Materialien, die für den 3D-Druck verwendet werden, ist Kunststoff das am häufigsten verwendete. Kunststoff ist sehr vielseitig - er wird für alles verwendet, von 3D-gedruckten Haushaltsgeräten bis hin zu Spielzeug. 3D-Druckmaterial aus Kunststoff ist in vielen verschiedenen Farben erhältlich und kann auch transparent sein. 3D-Druckfilamente aus Kunststoff werden in der Regel auf Spulen mit glänzender oder matter Textur verkauft.

Kunststoff ist ein beliebtes Material für den 3D-Druck, da es viele vorteilhafte Eigenschaften wie Flexibilität, Festigkeit, Glätte und eine Vielzahl von Farboptionen aufweist. Außerdem ist Kunststoff für den 3D-Druck im Vergleich zu anderen Materialien kostengünstig. Das gängigste 3D-Druckverfahren, bei dem Kunststoff verwendet wird, ist das Fused Deposition Modeling (FDM). Beim FDM-3D-Druck werden thermoplastische Filamente geschmolzen und Schicht für Schicht geformt. Die gebräuchlichsten Kunststoffarten, die beim FDM-3D-Druck verwendet werden, sind:

• Polymilchsäure - allgemein als PLA bezeichnet - ist ein umweltfreundlicher Kunststoff, der häufig aus Maisstärke oder Zuckerrohr gewonnen wird und somit biologisch abbaubar ist. PLA gibt es sowohl in harter als auch in weicher Form, und ihre Verbreitung im 3D-Druck nimmt weiter zu. Wie der Name schon sagt, ist hartes PLA fester als weiches PLA, was es zu einem vielseitigeren Kunststoff für eine Vielzahl von Anwendungen macht.
• Acrylnitril-Butadien-Styrol - allgemein als ABS bezeichnet - zeichnet sich durch seine Festigkeit und Erschwinglichkeit aus. ABS-Filamente sind fest, aber auch erstaunlich flexibel. Außerdem ist dieser Kunststoff in einer Vielzahl von Farben erhältlich, wodurch er sich hervorragend für Anwendungen wie Spielzeug eignet. Außerdem wird ABS immer beliebter für handwerkliche Zwecke wie Schmuck und Heimdekoration.

Metall

Das zweitbeliebteste Material für den 3D-Druck nach Kunststoff ist Metall. Mit dem Verfahren des Direkten Metall-Lasersinterns (DMLS) wird Metall für eine Vielzahl von Anwendungen gedruckt, z. B. für Teile in der Luft- und Raumfahrt, wo ein schneller Herstellungsprozess, ein geringes Gewicht und eine allgemeine Vereinfachung des Produktionsprozesses immer wichtiger werden. Darüber hinaus erfreut sich der DMLS-3D-Druck mit Metall auch bei Schmuckanwendungen zunehmender Beliebtheit, da die Produkte viel schneller und in größeren Mengen hergestellt werden können, ohne die mühsame manuelle Arbeit, die mit komplizierten Details verbunden ist.

Die Verwendung von Metall im 3D-Druck ermöglicht stabilere Teile für eine Vielzahl von Anwendungen und verschiedene Metallarten, darunter:

• Rostfreier Stahl: Wird für viele Anwendungen verwendet, darunter Kochgeschirr, Utensilien und andere korrosionsbeständige Haushaltsgegenstände.
• Aluminium: Hervorragend geeignet für dünne Metallteile.
• Titan: Ideal für Teile, die eine höhere Festigkeit erfordern.
• Bronze: Wird für ästhetisch ansprechende Dekorationen und Armaturen verwendet.
• Gold: Wird für Schmuckstücke wie Ohrringe, Ringe, Armbänder und Halsketten verwendet.

Beim DMLS-3D-Druck wird das Metallpulver erhitzt, so dass es aushärtet. Auf diese Weise ist kein Guss erforderlich, sondern der Metallstaub wird im Drucker zu einem Formteil geformt. Nach dem Druck können DMLS-Teile elektropoliert werden, um die Endbearbeitung der Oberfläche zu verbessern.

Graphen

Eines der 3D-Druckmaterialien, das sich immer mehr durchsetzt, ist Graphen. Graphen ist wegen seiner Leitfähigkeit, Flexibilität und Festigkeit sehr beliebt. Daher ist dieses 3D-Druckmaterial eine hervorragende Lösung für Teile von elektronischen Geräten, die flexibel sein müssen, wie z. B. Touchscreens. Außerdem wird Graphen für Baumaterialien und Solarzellen verwendet. Darüber hinaus ist Graphen leicht, ohne seine Festigkeit und Vielseitigkeit zu beeinträchtigen, wodurch es in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden kann.

Verbundwerkstoffe

Weitere gängige Materialien für den 3D-Druck sind Verbundwerkstoffe. Kompositmaterialien für den 3D-Druck gibt es in verschiedenen Formen, darunter Filamente und Pulver. Diese Materialien sind aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Stabilität sowie ihres optimalen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht sehr begehrt. Faserverbundwerkstoffe sind sehr leicht, was bedeutet, dass sie einem Teil große Festigkeit verleihen können, ohne dessen Masse zu erhöhen. Technische 3D-Druck-Verbundwerkstoffe werden auch als Ersatz für Metallwerkstoffe verwendet.

Zu den gängigen Basismaterialien für Verbundwerkstoffe gehören PLA und ABS, die beide recht kostengünstig sind. Am anderen Ende des Kostenspektrums werden Hochleistungspolymere wie PEEK als Basismaterial für Verbundwerkstoffe verwendet. Beim 3D-Druck mittels selektivem Lasersintern (SLS) wird Nylon als Basismaterial für Verbundwerkstoffpulver verwendet.

Als Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe werden am häufigsten Kohlenstofffasern verwendet, da sie eine höhere Festigkeit aufweisen. Kohlenstofffasern sind eine Art von Verbundwerkstoff, der im 3D-Druck als äußere Beschichtung über Kunststoffmaterialien verwendet wird. Diese äußeren Beschichtungen aus Kohlenstofffasern machen den Kunststoff fester. Diese leistungsstarke Materialkombination wird als günstigere Alternative zu Metallteilen genutzt, was zu kürzeren Lieferzeiten führt. Neben Kohlenstofffasern können auch andere Verstärkungsmaterialien wie Graphen, Glasfaser und Kevlar verwendet werden.