Welche Materialien werden als 3D Druck Materialien verwendet?

Die 3D Druck Materialien sind so vielfältig wie die Produkte, die dabei entstehen. Daher ist der 3D-Druck flexibel genug, um es Herstellern zu ermöglichen, die Form, Textur und Festigkeit eines Produkts zu bestimmen. Und das Beste daran: Diese Qualitäten lassen sich mit weit weniger Arbeitsschritten erreichen, als dies bei herkömmlichen Produktionsmitteln üblich ist. Darüber hinaus können diese Produkte mit verschiedenen Arten von 3D-Druckmaterialien hergestellt werden.

Damit ein 3D-Druck in Form eines fertigen Produkts realisiert werden kann, muss zunächst ein detailliertes Abbild des jeweiligen Designs an die Druckerei übermittelt werden. Die Details werden in Standard-Dreieckssprache (STL) gerendert, die die Feinheiten und Dimensionen eines bestimmten Designs vermittelt und es einem computergestützten 3D-Drucker ermöglicht, ein Design von allen Seiten und Winkeln zu sehen. Grundsätzlich entspricht ein STL-Design mehreren flachen Designs in einer 3D- erstellten Datei.

Es wird erwartet, dass die Branche für den 3D-Druck in naher Zukunft die 10-stellige Marke überschreiten wird und Kunststoff das Hauptmaterial sein wird, um diesen Markt anzutreiben. Mit einer anhaltenden Marktexpansion hat die Branche nach neuen Wegen zur Herstellung von 3D Druck Materialien gesucht, einschließlich der Verwendung von organischen Inhaltsstoffen wie Sojabohnenöl und Mais. Folglich werden Kunststoffe die umweltfreundlichste Option im 3D-Druck werden.

Kunstsoff als 3D Druck Materialien

Von allen heute verwendeten Rohstoffen sind Kunststoffe, die sich am weitesten verbreiteten. Kunststoff ist eines der vielfältigsten Materialien für 3D-gedruckte Spielzeuge und Haushaltsgeräte. Produkte, die mit 3D Drucker hergestellt werden, umfassen Schreibtischzubehöre, Vasen und Actionfiguren, Modellbauteile usw. 3D Druck Materialien sind sehr vielfältig. Je nach Qualität und Festigkeit der Endprodukte, müssen 3D Druck Materialien passend ausgesucht werden.

3D Druck Materialien sind in transparenter Form sowie in leuchtenden Farben, von denen Rot und Limettengrün besonders beliebt sind, erhältlich. Sie werden als Kunststofffilamente auf Spulen verkauft und können entweder eine matte oder glänzende Textur haben. Mit seiner Festigkeit, Flexibilität, Glätte und leuchtenden Farbauswahl ist die Attraktivität von Kunststoff leicht zu verstehen. Als relativ erschwingliche Option ist Plastik im Allgemeinen leicht für die Geldbörsen von Herstellern und Verbrauchern gleichermaßen.

Kunststoffprodukte werden in der Regel mit FDM-Druckern hergestellt, bei denen thermoplastische Filamente aufgeschmolzen und Schicht für Schicht in Form gebracht werden. Die bei diesem Verfahren verwendeten Kunststoffarten werden in der Regel aus einem der folgenden Materialien hergestellt:

• Polyastic Acid (PLA): Als eine der umweltfreundlichsten Optionen für 3D-Drucker wird Polyastic Acid aus Naturprodukten wie Zuckerrohr und Maisstärke gewonnen und ist daher biologisch abbaubar. In weichen und harten Formen erhältlich, dürften Kunststoffe aus Polyastik in den kommenden Jahren die 3D-Druckindustrie dominieren. Hartes PLA ist das stärkere und daher idealeres Material von 3d Druck Metarialien für eine breitere Produktpalette.

• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS): ABS wird für seine Stärke und Sicherheit geschätzt und ist eine beliebte Option für Heim-3D-Drucker. Alternativ als „LEGO-Kunststoff“ bezeichnet, besteht das Material aus teigwarenähnlichen Filamenten, die ABS seine Festigkeit und Flexibilität verleihen. ABS ist in verschiedenen Farben erhältlich, die das Material für Produkte wie Aufkleber und Spielzeug geeignet machen. Bei Handwerkern immer beliebter, wird ABC auch zur Herstellung von Schmuck und Vasen verwendet.
• Polyvinylalkohol-Kunststoff (PVA): PVA wird in Low-End-Heimdruckern verwendet und ist ein geeigneter Kunststoff für Trägermaterialien der auflösbaren Sorte. Obwohl PVA nicht für Produkte geeignet ist, die eine hohe Festigkeit erfordern, kann PVA eine kostengünstige Option für vorübergehend genutzte Artikel sein.
• Polycarbonat (PC): Polycarbonat wird weniger häufig verwendet als die oben genannten Kunststoffarten und funktioniert nur in 3D-Druckern, die über Düsendesign verfügen und bei hohen Temperaturen arbeiten. Polycarbonat wird unter anderem zur Herstellung kostengünstiger Kunststoffverschlüsse und Formschalen verwendet.

Kunststoffartikel, die in 3D-Druckern hergestellt werden, gibt es in einer Vielzahl von Formen und Konsistenzen, von flach und rund bis hin zu gerillt und vernetzt. Eine schnelle Suche in Google-Bildern zeigt eine neue Reihe von 3D-gedruckten Kunststoffprodukten wie Netzarmbänder, Zahnräder und Hulk-Actionfiguren. Für den Heimwerker können jetzt in den meisten Fachgeschäften Polycarbonatspulen in leuchtenden Farben gekauft werden.

Pulver als 3D Druck Materialien

Moderne 3D-Drucker von heute verwenden pulverförmige Materialien, um Produkte herzustellen. Im Drucker wird das Pulver geschmolzen und in Schichten verteilt, bis die gewünschte Dicke, Textur und Muster erreicht sind. Die Pulver können aus verschiedenen Quellen und Materialien stammen, die häufigsten sind jedoch:

• Polyamid (Nylon): Mit seiner Festigkeit und Flexibilität ermöglicht Polyamid eine hohe Detailgenauigkeit eines 3D-gedruckten Produkts. Das Material eignet sich besonders zum Verbinden von Teilen und ineinandergreifenden Teilen in einem 3D-gedruckten Modell. Polyamid wird verwendet, um alles zu drucken, von Verschlüssen und Griffen bis hin zu Spielzeugautos und Figuren.
• Alumide: Bestehend aus einer Mischung aus Polyamid und grauem Aluminium, sorgt Alumide-Pulver für einige der stärksten 3D-gedruckten Modelle. Erkennbar an seinem körnigen und sandigen Aussehen ist das Pulver zuverlässig für Industriemodelle und Prototypen.

In Pulverform sind 3D Druck Materialien wie Stahl, Kupfer und andere Metallarten leichter zu transportieren und in gewünschte Geometrie zu formen. Wie bei den verschiedenen Kunststoffarten, die beim 3D-Druck verwendet werden, muss Metallpulver so weit erhitzt werden, dass es Schicht für Schicht zu einer fertigen Form verteilt werden kann.

Harze als 3D Druck Materialien

Eines der einschränkenderen und daher weniger verwendeten Materialien im 3D-Druck ist Harz. Im Vergleich zu anderen 3D-anwendbaren Materialien bietet Harz eine begrenzte Flexibilität und Festigkeit. Aus flüssigem Polymer hergestellt, erreicht Harz seinen Endzustand unter Einwirkung von UV-Licht. Harz kommt im Allgemeinen in schwarzen, weißen und transparenten Varianten vor, aber bestimmte gedruckte Artikel wurden auch in Orange, Rot, Blau und Grün hergestellt.

Das Material gibt es in den folgenden drei Kategorien:

• High-Detail-Kunststoffe: Wird im Allgemeinen für kleine Modelle verwendet, die komplizierte Details erfordern. Zum Beispiel werden 10 cm große Figuren mit komplexen Garderoben- und Gesichtsdetails oft mit dieser Harzqualität bedruckt.
• Überstreichbares Harz: Harze dieser Klasse werden manchmal für 3D-Drucke mit glatten Oberflächen verwendet und sind für ihre ästhetische Anziehungskraft bekannt. Figuren mit gerenderten Gesichtsdetails, wie Feen, werden oft aus bemalbarem Harz hergestellt.
• Transparentes Harz: Dies ist die stärkste Harzklasse und daher am besten für eine Reihe von 3D-gedruckten Produkten geeignet. Wird häufig für Modelle verwendet, die sich weich anfühlen und transparent aussehen müssen.

Transparente Harze in klaren und farbigen Varianten werden zur Herstellung von Figuren, Schachfiguren, Ringen und kleinen Haushaltsaccessoires und Einrichtungsgegenständen verwendet.

Metall als 3D Druck Materialien

Das zweitbeliebteste Material in der Branche des 3D-Drucks ist Metall, das durch ein Verfahren verwendet wird, das als direktes Metall-Lasersintern oder DMLS bekannt ist. Diese Technik wurde bereits von Herstellern von Flugverkehrsausrüstungen übernommen, die den Metall-3D-Druck verwendet haben, um die Konstruktion von Bauteilen zu beschleunigen und zu vereinfachen.

DMLS-Drucker haben sich auch bei den Herstellern von Schmuckprodukten durchgesetzt, die mit dem 3D-Druck viel schneller und in größeren Stückzahlen produziert werden können – und das alles ohne die stundenlange mühevolle Detailarbeit.

Metall kann eine stärkere und wohl vielfältigere Palette von Alltagsgegenständen produzieren. Juweliere haben Stahl und Kupfer verwendet, um gravierte Armbänder auf 3D-Druckern herzustellen. Einer der Hauptvorteile dieses Verfahrens besteht darin, dass die Gravurarbeit vom Drucker übernommen wird. So können Armbänder in nur wenigen mechanisch programmierten Schritten ohne die manuelle Arbeit, die früher bei Gravurarbeiten erforderlich war, im Karton veredelt werden.

Die Technologie für den metallbasierten 3D-Druck öffnet auch den Maschinenherstellern Türen, um mit DMLS letztendlich mit Geschwindigkeiten und Mengen zu produzieren, die mit aktuellen Montageanlagen nicht möglich wären. Befürworter dieser Entwicklungen glauben, dass der 3D-Druck es Maschinenherstellern ermöglichen würde, Metallteile mit einer höheren Festigkeit herzustellen als herkömmliche Teile, die aus veredelten Metallen bestehen.

Inzwischen nimmt der Einsatz von 3D-Teilen in der Luft- und Raumfahrtindustrie Fahrt auf. 

Genauso vielfältig, wie die verschiedenen anderen 3D Druck Materialien, ist auch die Palette der Metalle, die für die DMLS-Technik geeignet sind:

• Edelstahl: Ideal zum Ausdrucken von Utensilien, Kochgeschirr und anderen Gegenständen, die letztendlich mit Wasser in Berührung kommen könnten.
• Bronze: Kann verwendet werden, um Vasen und andere Einrichtungsgegenstände herzustellen.
• Gold: Ideal für bedruckte Ringe, Ohrringe, Armbänder und Halsketten.
• Nickel: Geeignet für den Münzdruck.
• Aluminium: Ideal für dünne Metallgegenstände.
• Titan: Die bevorzugte Wahl für starke, solide Leuchten.

Im Druckprozess wird Metall in Staubform verwendet. Der Metallstaub wird gebrannt, um seine Härte zu erreichen. Dies ermöglicht es Druckern, das Gießen zu umgehen und Metallstaub bei der Bildung von Metallteilen direkt zu nutzen. Nach Abschluss des Drucks können diese Teile dann elektropoliert und auf den Markt gebracht werden.

Metallstaub wird am häufigsten verwendet, um Prototypen von Metallinstrumenten zu drucken, aber er wurde auch verwendet, um fertige, marktfähige Produkte wie Schmuck herzustellen. Pulverisiertes Metall wurde sogar zur Herstellung von Medizinprodukten verwendet.

Wenn Metallstaub für den 3D-Druck verwendet wird, ermöglicht das Verfahren eine reduzierte Anzahl von Teilen im fertigen Produkt. 3D-Drucker haben beispielsweise Raketeninjektoren hergestellt, die aus nur zwei Teilen bestehen, während ein ähnliches auf traditionelle Weise geschweißtes Gerät typischerweise aus mehr als 100 Einzelteilen besteht.

Kohlefaser als 3D Druck Materialien

Verbundwerkstoffe wie Kohlefaser werden in 3D-Druckern als Deckschicht über Kunststoffmaterialien verwendet. Der Zweck ist, den Kunststoff stärker zu machen. Die Kombination von Kohlefaser über Kunststoff wurde in der 3D-Druckindustrie als schnelle und bequeme Alternative zu Metall verwendet. In Zukunft soll der 3D-Kohlefaserdruck den viel langsameren Prozess des Kohlefaser-Layups ersetzen.

Durch die Verwendung von leitfähigem Carbomorph können Hersteller die Anzahl der Schritte reduzieren, die zum Zusammenbauen elektromechanischer Vorrichtungen erforderlich sind.

GRAPHIT UND GRAPHEN

Graphen ist aufgrund seiner Stärke und Leitfähigkeit zu einer beliebten Wahl für den 3D-Druck geworden. Das Material ist ideal für Geräteteile, die flexibel sein müssen, wie zum Beispiel Touchscreens. Graphen wird auch für Sonnenkollektoren und Gebäudeteile verwendet. Befürworter der Graphen-Option behaupten, es sei eines der flexibelsten 3D-anwendbaren Materialien.Graphen ist leicht und dennoch stark, was es zum geeigneten Material für eine Reihe von Produkten macht.

NITINOL

Als gängiges Material in medizinischen Implantaten wird Nitinol in der Welt des 3D-Drucks wegen seiner Superelastizität geschätzt. Nitinol besteht aus einer Mischung aus Nickel und Titan und kann sich beträchtlich verbiegen, ohne zu brechen. Selbst wenn es in zwei Hälften gefaltet wird, kann das Material in seine ursprüngliche Form zurückgebracht werden. Als solches ist Nitinol eines der stärksten Materialien mit flexiblen Eigenschaften. Bei der Herstellung von Medizinprodukten ermöglicht Nitinol Druckern Dinge, die sonst unmöglich wären.