KunststoffdruckCNC & FDM für den 3D Druck mit Kunststoffen

Mit dem 3D Kunststoffdruck, häufig unter FDM (Fused Deposition Modelling) bekannt, werden hochkomplexe Bauteile und Prototypen verwirklicht.

TechnikWarum Sie den 3D Kunststoffdruck für sich wählen sollten

Die additiven Verfahren des Kunststoffdrucks, dazu zählt nicht nur das FDM-Verfahren, ermöglichen einen materialsparenden und verschleißarmen Einsatz von CNC Technologie, bei dem das Maschinenkonzept sowohl den 3D Druck von Kunststoffen, aber auch das Fräsen unterstützt. Sinnvoll ist der Kunststoffdruck vor allem für das Rapid-Prototyping. Auch Kleinserien, und mit dem richtigen Verfahren auch hohe Losgrößen, sind mit dem FDM Druck teils günstiger zu realisieren als mit dem Spritzguss. Bei den verwendeten Materialien für den 3D Druck mit Kunststoffen besteht der Hauptvorteil darin, dass sie gut recyclebar sind, also mehrfach für das Druckverfahren genutzt werden können. Dazu zählen auch thermoplastische Polymere, die sich das FDM-Druckverfahren zu Nutze macht.

Fused Deposistion Modelling (FDM)

Beim FDM-Druck wird ein Kunststofffilament verschmolzen und schichtweise auf der Druckfläche aufgetragen. Der Vorteil besteht vor allem darin, dass schnell solide Ergebnisse und relativ komplexe Strukturen erzeugt werden können. Anders als bei der sogenannten Stereolithografie müssen die eingesetzten Schmelzmaterialien nicht photosensitiv sein. Es lassen sich also viele Standard-, Massen- und Hochleistungskunststoffe einsetzen.

Selektives Lasersintern (SLS)

Im SLS-Druckverfahren werden Bauteile aus einem Pulverbett mit einem Laser schichtweise verschmolzen. Die Druckplatte verschiebt sich dabei innerhalb des Pulverbetts, bis der 3D Druck abgeschlossen wurde. Mithilfe von wenigen Stützstrukturen lassen sich hochkomplexe Geometrien erzeugen. Die nahezu grenzenlose Designfreiheit machen das Verfahren beliebt für beispielsweise die Raumfahrt, da sich topologieoptimierte Leichtbaustrukturen herstellen lassen.

MultiJet/Polyjet

Dieses Verfahren ähnelt dem klassischen Tintenstrahldruck, da das aus der Düse schießende Kunststoff flüssig gedruckt wird und durch einen UV-Kopf direkt ausgehärtet wird. Dadurch sind sehr dünne Schichten, kurze Vorlaufzeiten und geringe Porositäten möglich. Für das Prototyping kann teilweise auf eine Endbearbeitung verzichtet werden, da die Oberflächen nahezu makellos sind. Das Verfahren eignet sich dennoch eher für Kleinserien.

BesonderheitenDas ist beim FDM 3D Kunststoffdruck zu beachten

Für optimale und möglichst leistungsfähige Ergebnisse beim 3D Druck mit Kunststoff sollten Sie Rücksicht auf die grundsätzlichen Eigenschaften des Kunststoffdrucks und seiner Materialien nehmen. Auch um die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit der Technik für Ihre Anforderungen bestimmen zu können, sind die folgenden Empfehlungen eine gute Orientierung.

Stützstrukturen & Komplexität

Damit die Strukturen während dem Druck und unter dem additiven Schmelzschichten weiterhin stabil bleiben, sind bei besonders Bauteilen mit großen Überhangswinkeln Stützstrukturen erforderlich. Diese werden direkt mit der Werkstückgeometrie gedruckt, sodass sie leicht durch die Nachbearbeitung entfernt und ihre Verbindungspunkte abgeschliffen werden können.

Nachbearbeitung & Polishing

Wer ein Ergebnis aus dem FDM-Druck gesehen hat, kennt dessen Oberflächenriffelung. Die Stücke erinnern teilweise an Tonformen von der Töpferscheibe. Mit dem richtigen Polishing lassen sich unerwünschte Unebenheiten schnell und präzise ausgleichen und das Bauteil erhält seine hervorragende Beschaffenheit.

Innenfüllung & Topologie

Mit einer Topologieoptimerung wird berechnet, in welcher Form ein Leichtbauteil seine Aufgabe am effizientesten erfüllen kann. Über geeignete Software lässt sich das Design auch generativ berechnen. Die Innenfüllung ist dann selten vollvoluminös, sondern besteht aus einer gewichtssparenden Gitterstruktur.

Materialkombinationen & Farben

Durch Multi-Use-Köpfe der CNC Maschine lassen sich auch mehrere Düsen gleichzeitig oder im direkten Wechsel dirigieren, sodass Materialien im Verbund gedruckt werden. Das minimiert zum einen die Produktionskette und Maschinenstillstände, ermöglicht aber auch, im 3D Kunststoffdruck direkt auf verschiedene Farben und Materialien zurückzugreifen.

Geschwindigkeit & Volumenstrom

Für das Rapid-Prototyping spielt die gegenübergestellte Geschwindigkeit der speziellen Verfahren im Kunststoffdruck eine untergeordnete Rolle. Viel wichtiger ist beispielsweise der Volumenstrom der FDM-Düsen und die Zeit, die eine Druckschicht zum Abkühlen benötigt. Dennoch, für Kleinserien bis 1000 Stück erzielt der Kunststoffdruck wirtschaftliche Geschwindigkeiten, sodass er günstiger als der Spritzguss ist.

FAQFragen vor dem Kauf einer CNC Maschine zum 3D Kunststoffdruck

Wie nachhaltig ist 3D Kunststoffdruck?

Beim 3D Druck von Kunststoff handelt es sich genau wie beim Metalldruck um ein additives Fertigungsverfahren. Es wird also egal in welcher Methode beziehungsweise egal in welchem Verfahren nur das Material hinzugefügt (FDM) oder verbraucht (Pulverbett), dass für den Kunststoffdruck erforderlich ist. Das reduziert gegenüber der Frästechnik deutlich die Abfallwirtschaft im Unternehmen.

Auch in der Nachbearbeitung müssen häufig nur Stützstrukturen entfernt und Oberflächen leicht bearbeitet werden, trotz teilweise sehr komplexer Geometrien, sodass sich insgesamt umweltfreundlich produzieren lässt. Mit intelligentem Temperaturmanagement der Multec GmbH lässt sich der Energieverbrauch anpassen und die Heiztechnik von Druckbrett und Düsen optimal steuern.

Wann macht der Einstieg in den 3D Kunststoffdruck Sinn?

Derzeit bieten die Möglichkeiten des 3D Drucks mit Kunststoff, vor allem in Verbindung mit CNC Technologie, ein leistungsstarkes Portfolio für die Prototypen-Realisierung und für die Kleinserienfertigung. Der Vorzug der CNC Technologie besteht darin, dass anders als bei der Stereolithografie das Maschinenkonzept relativ flexibel aufgebaut ist und Düsen mit beispielsweise besseren Volumenströmen und Temperaturmanagement einfach in der Zukunft ausgetauscht werden können. Für bestimmte Anwendungen ist der 3D Kunststoffdruck jetzt schon deutlich günstiger als der Spritzguss. Aber alleine schon für die Herstellung von komplexen Gussformen lohnen sich Druckverfahren eher als Fräsarbeiten, da die additive Fertigung materialsparender arbeitet und beispielsweise innenliegende Kühlkanälen ermöglicht.

Für welche Anwendungsfälle ist der 3D Kunststoffdrucker geeignet?

Zum einen soll das Rapid-Prototyping durch innovative und materialsparende Herstellungsverfahren unterstützt werden. Das ließe sich in etwa mit der Erfindung des Digitaldruckers vergleichen, bei dem keine Schablonen angefertigt werden müssen, um beispielsweise ein authentisches Mustermagazin an einen Kunden geben zu können. Zum anderen können schnell sehr komplexe Bauteile gefertigt werden.

Die Raumfahrt und die Automobilbranche profitieren vom 3D Kunststoffdruck, um Leichtbaustrukturen zu erzeugen. Diese Teile haben dann eine deutliche Gewichtsreduzieren bei gleichbleibender Stabilität. Außerdem lassen sich mit dem Kunststoffdruck effizient Vorrichtungen und Halterungen herstellen, sodass sich dadurch der Fertigungsprozess beschleunigen lässt. Generell lässt sich sagen, dass der Kunststoffdruck mit richtigem Temperaturmanagement und bei Kleinserien bis 1000 Stück günstiger ist als der herkömmliche Spritzguss.

Wie viel kostet der Kunststoffdruck?

Aufgrund der materialsparenden Anwendung im 3D Kunststoffdruck sind die Ressourcenkosten für jedes Bauteil verhältnismäßig gering. Dabei unterscheiden sich die Materialien jedoch stark nach ihren Rezepturen, die zusammen mit der Maschinenlaufzeit den Hauptkostenfaktor für den Druck ausmachen.

Da sich die Frage nicht nur an die eigentlich Produktion mit dem Kunststoffdruck richten muss, sondern auch auf die Maschinenkosten abzielt, können wir Ihnen in einem unverbindlichen Beratungsgespräch genauere Informationen darüber geben. Denn die Maschinenkonzepte werden immer individuell an Ihre Anforderungen ausgerichtet, damit Sie möglichst effizient und ohne Maschinenstillstände das Potenzial der Geräte ausschöpfen.

Welche Software benötigen CNC Maschinen zum Kunststoffdruck?

Eine äußerst wichtige Frage, die vor jeder Anwendung des Kunststoffdrucks gestellt wird, ist die der Software. Denn normale CNC Software an der Maschine hat zunächst nichts mit dem Modellierungsprozess der 3D Prototypen und Bauteil zu tun. Dafür müssen beispielsweise Modelle im CAD Format erschaffen werden. Um die richtige Software für ihr Maschinenkonzept, für das Druckverfahren und für die Bauteilkomplexität zu finden, lassen Sie sich am besten von einem Experten informieren.

Individuelle CNC Maschinenkonzepte zum 3D Drucken und Fräsen

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