3D Print: Rapid Prototyping per FDM, Tintenstrahl-3D-Print oder Folienlaminier-Print?

Prototypen mittels Fused Deposition Modeling herstellen

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein Rapid Prototyping Fertigungsverfahren bei dem ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigem Kunststoff generativ beziehungsweise additiv aufgebaut wird.

Beim FDM wird ein drahtförmiger Kunststoff auf leicht nachladbaren Spulen durch Erwärmung verflüssigt, extrudiert und mit einer in der X-Y-Ebene verfahrbaren Heizdüse auf eine Bauplattform aufgebracht. Beim anschließenden Abkühlen erstarrt das Material auf der Bauplattform, die dann durch Absenken in der Z-Achse das Modell so Schicht für Schicht durch thermisches Verschmelzen erzeugt.

Die Schichtdicken liegen je nach Anwendungsfall zwischen 0,025-1,25 mm, die Wandstärke mindestens bei 0,2-1,0 mm.

Nachteile des Fused Deposition Modeling

• Überstehende Bauteile können mit diesem Verfahren nur mit Stützkonstruktionen erzeugt werden.
• Die Bauteile sind zwar relativ stabil, aber nicht so belastbar wie ein Prototyp.

Vorteile des FDM

• Auch nicht oder schwer entformbare Bauteile sind herstellbar, da die Stützkonstruktionen im Innern eines Bauteils auch mit Wasser ausgewaschen werden können.
• Es können unterschiedliche Farben in den Spulen ähnlich eines Tintenstahlfarbdruckers verwendet und so schon farbige allerdings stufige Modelle gedruckt werden, die als Vormodell im Design brauchbar sind aber nicht mit highend Designoberflächen konkurieren können.

Der Tintenstrahl 3D Print

Der Tintenstrahl 3D Print ist ebenfalls ein additives Druckverfahren, das am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge (MIT) entwickelt wurde. Das Ausgangsmaterial ist Pulver das auf einer in Z-Richtung beweglichen Bauplattform mit einer Walze aufgebracht wird.

Die in Schichten von ca. 0,25mm zerlegten CAD-Ausgangsdaten werden dann mittels eines in X- und Y-Richtung beweglichen Druckkopfes, der einen flüssigen Binder in das Pulver einbringt, übertragen. Dieser Binder verfestigt das Pulver. Es gibt noch 3 weitere Farbdruckköpfe, für die Farben Cyan, Magenta und Yellow, um dem Modell schon beim Drucken Farbe zu verleihen. Nachdem auf diese Weise eine Schicht erzeugt wurde, wird mit der Walze neues Pulver, für die nächste Schicht, auf die Bauplattform befördert, die sich dabei absenkt.

Nachteile des Tintenstrahl 3D Print

Nach dem Druck ist noch Nacharbeit erforderlich. Dazu gehört zum einen das gründliche Befreien der gedruckten Teile von noch anhaftendem Pulver mittels Druckluft in einer eigens hierfür vorgesehenen Bearbeitungsstation, aber auch die Infiltration der Druckteile. Darunter versteht man das Einbringen eines Klebstoffes (z.B. Sekundenkleber) in die Poren des gedruckten Objektes. Dies dient der Erhöhung der Eigenstabilität der nach dem 3D Print sehr spröden Teile, als auch der Verbesserung der Farbwiedergabe auf der Oberfläche.

Nicht infiltrierte Bauteile sind noch empfindlicher als beim FDM-Verfahren und können bei sehr geringer Belastung schon zerbrechen.

Vorteile der Tintenstrahltechnik

Auch hier gibt es die Möglichkeit direkt farbige Objekte zu erzeugen. Die aber etwas matter in der Farbwiedergabe im Vergleich zum FDM-Verfahren sind. Es ist also möglich Objekte mit farbigen Texturen zu versehen.

Ebenfalls ist es möglich nicht oder schwer entformbare Bauteile herzustellen, da das Pulver im Innern eines Bauteils mit Druckluft entfernt werden kann.

Der Folienlaminier-3d-Print unterscheidet sich ganz wesentlich von den beiden vorangegangenen 3d-Print-Verfahren, die das zu verarbeitende Modellmaterial in Form von Binder auf Pulver oder aufgeschmolzenem thermoplastischem Kunststoff ähnlich einem Tintenstrahldrucker regelrecht drucken.

Der Folienlaminier 3D Print

Der Folienlaminier 3D Print ist eigentlich eher eine Form von 3d-Plotter, der hauchdünne (ca. 0,16mm) PVC-Folien schichtweise zu einem massiven Modell verklebt. Dies geschieht mittels eines Klebers, der nur an den Stellen haftet, an denen zuvor von einem Druckkopf kein „Antikleber“ aufgebacht wurde. Denn dieser soll wie schon die Bezeichnung sagt das Verkleben von zwei übereinanderliegenden Folien verhindern. Die aus den CAD-Daten zu generierenden Umrisse jeder Schicht werden mit einem Schneidmesser, das auf einem in X- und Y-Richtung beweglichen Plotterkopf verfahren werden kann, schichtweise herausgeschnitten. Abschließend müssen die überschüssigen nicht verklebten Folienschichten, die das Modell umgeben, Schicht für Schicht mit einer Pinzette entfernt werden.

Nachteile der Folienlaminier Technik

• Es ist nicht möglich mehrfarbig zu drucken.
• Hinterschnittene Bauteile sind nur zu fertigen wenn diese am Hinterschnitt getrennt und später wieder verklebt werden. Dies ist schon eher etwas für Tüftler.
• Auch hier ist Nacharbeit in Form von einfachem Abreißen der überschüssigen Folienreste um das Modell herum nötig.

Vorteile der Technik

• Es sind keine speziellen Stützkonstruktionen nötig da die Modelle als ein Block gefertig werden.
• Obwohl im Vergleich sehr hochauflösend ist es das wohl günstigste 3d-Print-Verfahren.
• Funktionsprototypen können sogar mit funktionierenden Filmscharnieren ohne zusätzliche spätere Stabilisierung wie beim Tintenstrahl-3d-Print gefertigt werden.