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Als Generative Fertigungsverfahren (engl.: Additive Manufacturing, AM) werden automatisierte Prozesse bezeichnet, die unmittelbar aus einem 3D-CAD-Datensatz dreidimensionale physische Objekte herstellen. Dazu werden Volumenelemente schichtweise auf- oder aneinandergefügt, sodass keine bauteilabhängigen Werkzeuge erforderlich sind. Generative Fertigungsverfahren wurden ursprünglich als „Rapid Prototyping“ bezeichnet, dieser Begriff wird auch heute noch häufig verwendet. Im Sprachgebrauch setzen sich auch zunehmend die Begriffe 3D-Drucken bzw. 3D-Printing als Bezeichnungen für alle automatisierten Schichtbauverfahren durch.
Beim Fused Layer Modeling wird thermoplastisches Material durch eine Düse gepresst und definiert auf ein Substrat abgelegt. Nach dem Abkühlen verbinden sich die Stränge dauerhaft miteinander.
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Das Fused Layer Modeling lässt sich relativ einfach umsetzen und verwendet Materialien, die den Serienwerkstoffen sehr ähnlich sind. Auch die Verwendung unterschiedlicher Materialien innerhalb eines Bauprozesses ist möglich. Feine Rippen sind jedoch nur eingeschränkt darstellbar. Außerdem weisen die Bauteile ausgeprägte Anisotropien auf.
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Beim 3D-Drucken werden Granulate schichtweise mit einem flüssigen Binder verklebt. Am Markt sind Varianten für Kunststoffe, Metalle oder keramische Materialien verfügbar. Da geeignete Binder für jede Art von Pulver vorstellbar sind, ist die Bandbreite des Materials nahezu unbegrenzt.
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Beim 3D-Drucken ist die Materialauswahl theoretisch unbegrenzt, weil es vor allem auf die Eigenschaften des Binders ankommt. Auch die Palette der Binder ist sehr groß. Nachteilig ist, dass die hergestellten Bauteile nachträglich infiltriert werden müssen, bevor sie verwendet werden können.
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Bei den Schicht-Laminat-Verfahren werden vorgefertigte Folien zu einem dreidimensionalen Modell zusammengefügt. Um ausreichend detaillierte Modelle zu erhalten, müssen die Schichten sehr dünn sein und exakt zueinander positioniert werden. Zur Konturierung können Laser, Heißdrähte, Messer oder Fräser verwendet werden.
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Schicht-Laminat-Verfahren arbeiten bezogen auf das Bauteilvolumen schnell und sind daher für große Modelle besonders gut geeignet. Durch den Einsatz von Lasern zur Konturierung der Schichten steht theoretisch eine nahezu unbeschränkte Werkstoffpalette zur Verfügung. Nachteilig ist, dass die meisten im LLM-Verfahren hergestellten Modelle anisotrope Eigenschaften aufweisen.
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Beim Selektiven Sintern werden Körnchen, die zu einem Pulverbett dicht nebeneinander gepackt sind, örtlich leicht an- oder aufgeschmolzen. Sie verbinden sich durch Abkühlung zu einer festen Schicht. Durch Absenken und erneutes Beschichten mit Pulver wird die nächste Schicht verfestigt und mit der vorhergehenden verbunden.
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Das Selektive Sintern kann grundsätzlich mit allen Materialien durchgeführt werden, die sich thermoplastisch verhalten. Der Sinterprozess wird industriell mit Kunststoffen, Metallen, Keramiken und kunstharzgebundenem Sand durchgeführt.
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Die Sinterverfahren erschließen gegenüber der Stereolithographie eine wesentlich größere Materialpalette. Darüber hinaus ist keine Nachvernetzung erforderlich. Die erzielbare Modellgenauigkeit ist jedoch geringer als bei der Stereolithographie.
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Bei der Laser-Stereolithographie werden photosensitive Monomere mit einem Laser-Scanner-Belichter punktweise durch Polymerisation verfestigt. Nach der Verfestigung einer Schicht wird die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt und eine neue Schicht aufgetragen. Auf diese Weise „wächst“ das Bauteil schichtweise von unten nach oben.
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Die Laser-Stereolithographie zeichnet sich durch hohe Genauigkeit aus. Sie erlaubt die Herstellung interner Hohlräume und ermöglicht es, aus einzelnen Teilmodellen komplexe Gesamtmodelle zusammenzufügen.
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Die Laser-Stereolithographie ist ein zweistufiges Verfahren, das an ein photosensitives Material gebunden ist. Nach dem Bauprozess müssen die Stützen entfernt werden. Bei einigen Verfahrensvarianten ist der Einsatz von Lösungsmitteln erforderlich.
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22.06.2015 Pulver-Binder-Verfahren (3D-Drucken)
15.07.2015 Vor- und Nachteile des Selektiven Sinterns
16.01.2017 Biobasierte Kunststoffe
