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Generative Fertigungsverfahren - Pulver-Binder-Verfahren (3D-Drucken)

Vor- und Nachteile des 3D-Druckens

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 51

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.

Vorteile von Pulver-Binder Verfahren

Ein großer Verfahrensvorteil besteht darin, dass die Materialpalette theoretisch unbegrenzt ist, weil es wesentlich auf die Eigenschaften des Binders ankommt. Es können somit nicht nur Pulver verarbeitet werden, die sich thermoplastisch verhalten, sondern beispielsweise auch Lebensmittel wie Nüsse oder temperaturempfindliche pharmazeutische Wirkstoffe. Über den Druckkopf können in einem Bauprozess unterschiedliche Binder eingebracht und damit lokal unterschiedliche mechanisch-technologische Bauteileigenschaften realisiert werden. Auch die Palette der Binder ist sehr groß. Neben wasserbasierenden Systemen, die heute die Mehrzahl der Anwendungen ausmachen, können Kunstharze aller Art und sogar lebende Zellen über Trägerflüssigkeiten eingebracht werden.

Es ist durchaus vorstellbar, aber zurzeit industriell nicht umgesetzt, die Zusammensetzung der Pulverschicht von Schicht zu Schicht oder auch innerhalb einer Schicht zu modifizieren.

Das 3D Printing eröffnet somit die Möglichkeit, Materialien lokal anforderungsgerecht zu „komponieren“. An die Stelle der heute in der Fertigung eingesetzten isotropen Materialien treten damit zukünftig Materialien mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften. Solche Materialien nennt man auch graded materials. Erste technische Umsetzungen stellen 3D Printing-Verfahren dar, die Bauteile mit farbigen Texturen herstellen.

Nachteile von Pulver-Binder Verfahren

Nachteilig ist bei den meisten heutigen Verfahrensvarianten, dass der generative Bauprozess nur ein gestaltfestes, aber kein endfestes Bauteil liefert. Es muss nachträglich infiltriert werden, um gebrauchsfertig zu sein. Die Verfahren sind demnach zweistufig.

Für Bauteile aus Metall wird der Binder in einem nachgeschalteten Prozess ausgetrieben und das Bauteil anschließend im Ofen nachversintert und gegebenenfalls zusätzlich infiltriert. Dies schränkt nicht nur die Palette der verwendbaren Materialien ein, sondern es bringt Probleme mit Verzügen und der Skalierung (Schrumpf) mit sich, die aber mit genügend Erfahrung sicher beherrscht werden. Negativ ist auch, dass die verfügbaren Pulver-Binder-Kombinationen als Konstruktionswerkstoffe für Endprodukte meist nicht vorkommen und es deshalb keine Unterlagen von vergleichbaren Konstruktionswerkstoffen gibt. Da die Werkstoffeigenschaften wesentlich durch die Infiltration bestimmt werden, sind Unterlagen für Konstrukteure praktisch nicht verfügbar.

Die Maschinen sind robust, was für die Druckköpfe nicht unbedingt gilt. Die Ausfallraten für die einzelne Düsen liegen zwar im unteren %-Bereich und damit sehr niedrig, Druckköpfe mit vielen Düsen (> 100) haben aber dennoch ein theoretisch großes Ausfallrisiko für den Gesamtkopf. Die Druckköpfe sind relativ teuer.

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 51
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