Fused deposition modeling (FDM) wird oft mit preisgünstigem 3D-Druck in Verbindung gebracht. Tatsächlich ist FDM aufgrund seiner niedrigen Kosten und der vergleichsweise einfachen Handhabung für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen das ideale Fertigungsverfahren. Ein weiterer Vorteil des FDM ist das direkte Drucken in verschiedenen Farben, wodurch Nachbearbeitungskosten verringert werden können.

Bei FDM 3D-Druckern wird ein dünnes Filament aus thermoplastischem Kunststoff (einem Kunststoff, der beim Erhitzen schmilzt und bei Raumtemperatur fest wird) in eine Düse eingebracht. Diese Düse erhitzt sich und bringt den Kunststoff zum Schmelzen. Der geschmolzene Kunststoff wird dann in dünnen Schichten aufgetragen, das gesamte 3D-Modell wird so nach und nach aufgebaut (Extrusion).

Heute kommt das FDM 3D-Druckverfahren in vielen verschiedenen Branchen zum Einsatz – das Verfahren wird sowohl von privaten Anwendern als auch von professionellen, industriellen Herstellern sehr geschätzt.

Desktop 3D-Druck für Heimanwender

Desktop FDM-Drucker sind kleine, kostengünstige und benutzerfreundliche Heimanwender-Geräte, die sich vor allem an den Amateur- und Hobbybereich richten. Hiermit können Kunden oder Hobbyanwender mit Ihren CAD-Modellen experimentieren und sich ein Bild von der Umsetzbarkeit Ihrer Ideen machen. Da FDM-Filamente günstiger sind als vergleichbare Materialien, bleibt viel Raum zur Korrektur und Anpassung der ersten Entwürfe.

Leistungsmerkmale

• Preis: FDM ist eines der günstigsten 3D-Druckverfahren, die aktuell auf dem Markt verfügbar sind. Einsteigermodelle sind schon ab 200€ erhältlich. Die laufenden Druck- und Materialkosten sind ebenfalls relativ niedrig. Im Vergleich mit 3D-Druckverfahren wie SLA und MJF, die ebenfalls vor allem zur Prototypenentwicklung eingesetzt werden, ist FDM günstiger und ermöglicht einen mühelosen 3D-Druck.
• Bauraum: Heimanwender-Geräte sind speziell für den Privatgebrauch ausgelegt und sind im Prinzip eine kleine Version der industriellen 3D-Drucker. Die maximale Größe des Drucks reicht von 10 x 10 x 10 mm bis 200 x 200 x 200 mm.
• Materialien: Die gängigsten Materialien im Hobbybereich sind PLA, ABS, PETG, ASA. Sie sind günstig und leicht erhältlich.
• Auflösung: Die normale Auflösung eines Desktop 3D-Druckers liegt bei 100-1000 Mikrometer in der X-Y-Ebene und 500 Mikrometer (0,5 mm) in Z-Richtung.

Anwendungen

Die meisten Desktop 3D-Drucker sind weder leistungsfähig noch effizient genug, um für Rapid Prototyping im industriellen Bereich eingesetzt zu werden. Sie sind für Hobby- und Heimanwender ausgelegt, die damit hauptsächlich Ersatzteile, personalisierte Artikel, Spielzeuge, dekorative Gegenstände usw. herstellen können. Der Druck mit diesen kleineren Geräten ist normalerweise vergleichsweise langsam.

Daher kann die Herstellung komplexer Modelle mit diesen Druckern oft mehrere Stunden in Anspruch nehmen und muss währenddessen häufig von den Nutzern überwacht werden. Aufgrund der eingeschränkten Auswahl an einsetzbaren Druckmaterialien und der niedrigen Druckgeschwindigkeit eignen sich diese Drucker vor allem für den Einsatz zu Hause.

Einschränkungen

• Kleiner Bauraum: Die Bauraumgröße von Desktop 3D-Druckern übersteigt selten 200 x 200 x 200 mm. Dadurch beschränkt sich der Einsatzbereich auf die Herstellung kleiner Teile.
• Geringe Auflösung: Heimanwender-Geräte drucken normalerweise mit einer Auflösung um 100 Mikrometer. Diese Auflösung ist deutlich schlechter als die Auflösung der Einstiegsmodelle im industriellen Bereich.
• Begrenzte Materialauswahl: 3D-Drucker für den Privatgebrauch sind nur mit einer kleinen Auswahl an 3D-Druckmaterialien kompatibel.
• Niedrige Druckgeschwindigkeit: Eine niedrige Druckgeschwindigkeit und hohe Fehlerrate gehört zu den größten Hürden für die breite Anwendung der 3D-Drucktechnologie.
• Niedrige Genauigkeit: Obwohl die Genauigkeit der Desktop 3D-Drucker sich mit jeder Generation weiter verbessert, kann sie nicht mit der Genauigkeit professioneller 3D-Druckern mithalten. Das schränkt die Komplexität der damit umsetzbaren Modelle ein.

Industrieller 3D-Druck 

Der industrielle 3D-Druck ist das professionelle Gegenstück zum 3D-Druck für Privatanwender. Er wird vor allem zur Konzeptentwicklung, Werkzeugbereitstellung, und der Fertigung funktionsfähiger Prototypen und Enverbraucherteile eingesetzt. Professionelle 3D-Drucker, z.B. Stratsys 3D-Drucker, sind deutlich teurer aber auch leistungsfähiger und effizienter als die gängigen 3D-Drucker für Privatanwender.

Leistungsmerkmale

• Preis: Professionelle 3D-Drucker werden von Konstrukteuren und Produktherstellern zur Fertigung von Gussformen und Prototypen eingesetzt. Diese Drucker müssen in der Lage sein, große Objekte effizient zu drucken und sind daher vergleichsweise teuer. Das Druckmaterial ist ebenfalls teuer. Der professionelle Druck ist typischerweise 5-6 mal teurer als der Druck für Privatanwendungen.
• Bauraum: Die Bauraumgröße spielt bei professionellen 3D-Druckern eine entscheidende Rolle, da es die Maximalgröße der umsetzbaren Einzelteile festlegt. Die Bauraumgröße reicht je nach Druckermodell von 200 x 200 x 300 mm bis 914 x 610 x 914 mm.
• Materialien: Die gängigsten Materialien sind PC, ABS M30, ULTEM.
• Auflösung: Die Auflösung bestimmt die Mindestdicke der gedruckten Schicht. Sie ist bei professionellen Anwendungen ein wichtiger Parameter. Professionelle Drucker können mit Auflösungen von bis zu 16 Mikrometern (Stratasys Objet1000) drucken. Leistungsfähige High-end 3D-Drucker für die Produktion können sogar Schichten mit einer Dicke von nur drei Mikrometern (3D Systems Pro 60 HD) erzeugen.

Materialien

Ein wesentlicher Vorteil industrieller 3D-Drucker gegenüber den Desktop-Geräten liegt in der großen Materialauswahl. Die meisten Hersteller industrieller Drucker besitzen ein eigenes Portfolio aus speziell dafür entwickelten und rechtlich geschützten Materialien. Diese große Bandbreite an verfügbaren Materialien ermöglicht den Kunden das beste Material für ihre jeweiligen Anforderungen auszuwählen.Darüber hinaus sind industrielle 3D-Drucker auch mit modernen Materialien kompatibel.

Xometry bietet zum Beispiel den FDM 3D-Druck von ABS-Teilen auch mit dem Material M30 von Stratasys an, das eine deutlich höhere Festigkeit und bessere Materialeigenschaften als die Standard-Option aufweist.

Anwendungen

Konzeptstudien

Im ersten Schritt einer Entwicklungsphase werden häufig neue Ideen und Konzepte getestet. Dieser Schritt ist gängige Praxis in Design-, Ingenieur- und Architekturbüros zum Testen, Überprüfen und Verbessern der ersten Entwürfe.

Formenbau

Mit Hilfe von professionellen 3D-Druckern können Hersteller Gussformen, Spritzgießwerkzeuge und Vorrichtungen innerhalb von wenigen Stunden selbst herstellen und so die Produktionszeit drastisch verkürzen.

Rapid Manufacturing

Geringere Kosten und höhere Produktionsgeschwindigkeiten können dazu führen, dass Hersteller vermehrt Bauteile mit 3D-Druckern direkt für die Endanwendung produzieren, ohne dass eine vorherige Werkzeugbereitstellung notwendig wird. Rapid Manufacturing kann in naher Zukunft zu einer echten Alternative zur Fließbandfertigung werden, wenn die Fortschritte in den 3D-Drucktechnologien mit dem aktuellen Tempo weitergehen.

Rapid Prototyping

Ein entscheidender Vorteil professioneller 3D-Drucker ist die Möglichkeit, bewegliche Teile aus unterschiedlichen Materialien herstellen zu können. Damit sind Hersteller in der Lage, voll funktionsfähige Prototypen für Testzwecke anzufertigen. Rapid Prototyping kann zu einer Steigerung der Produktivität führen und die frühzeitige Identifikation von Fehlern bereits im Entwicklungsprozess unterstützen.

Einschränkungen

Teurer Druck

Beim 3D-Druck ist die Ursache für hohe Fertigungskosten häufig das teure Druckmaterial. Neben dem FDM 3D-Druck gibt es weitere additive Fertigungsverfahren wie SLA und SLS, die fast das gleiche Preisniveau erreichen und mit anderen Materialien verfügbar sind.

Fazit

Die folgende Tabelle liefert eine kompakte Übersicht über die beiden Drucktypen.

Xometry Europe bietet einen schnellen, zuverlässigen und hochpräzisen industriellen FDM 3D-Druck-Service. Mit Hilfe unserer Online-Plattform für Sofortangebote und unserem Netzwerk aus mehr als 2.000 Fertigungspartnern können wir einen reibungslosen Produktionsablauf sicherstellen, vom ersten Angebot bis hin zur Lieferung der fertigen Teile.

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