Seit Ende der 1970er Jahre wurden verschiedene 3D-Druckverfahren erfunden. Ursprünglich waren die Drucker groß, teuer und in ihren Produktionsmöglichkeiten stark eingeschränkt.

Heute gibt es eine große Anzahl von additiven Verfahren. Die Hauptunterschiede zwischen den Verfahren liegen in der Art und Weise, wie die Schichten zur Herstellung der Teile aufgetragen werden, und in den verwendeten Materialien. Bei einigen Verfahren wird das Material geschmolzen oder erweicht, um die Schichten zu erzeugen, z. B. selektives Laserschmelzen (SLM) oder direktes Metall-Lasersintern (DMLS), selektives Lasersintern (SLS), Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF), während bei anderen Verfahren flüssige Materialien mit Hilfe verschiedener hochentwickelter Technologien ausgehärtet werden, z. B. Stereolithografie (SLA). Bei der Herstellung laminierter Objekte (LOM) werden dünne Schichten in Form geschnitten und miteinander verbunden (z. B. Papier, Polymer, Metall). Bei der Partikelabscheidung mittels Tintenstrahltechnik werden Materialschichten in Form einzelner Tropfen gedruckt. Jeder Tropfen einer Festtinte aus Hot-melt-Material druckt tatsächlich ein Partikel oder ein Objekt. Bei farbigen Hotmelt-Tinten werden einzelne CMYK-Tropfen übereinander gedruckt, um ein einfarbiges Objekt mit 1-3 miteinander verschmolzenen Schichten zu erzeugen. Komplexe 3D-Modelle werden mit vielen sich überlagernden Tropfen gedruckt, die entsprechend der aufgeschnittenen CAD-Datei zu Schichten verschmolzen werden. Mit der Inkjet-Technologie können 3D-Modelle je nach Konfiguration des Tintenstrahldruckers als massive oder offenzellige Strukturen gedruckt werden. Jede Methode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, weshalb einige Unternehmen eine Auswahl an Pulver und Polymeren für das Material anbieten, das für den Bau des Objekts verwendet wird. Andere verwenden manchmal handelsübliches Geschäftspapier als Baumaterial, um einen haltbaren Prototyp herzustellen. Die wichtigsten Faktoren bei der Auswahl eines Geräts sind im Allgemeinen die Geschwindigkeit, die Kosten des 3D-Druckers, der gedruckte Prototyp, die Auswahl und die Kosten der Materialien und die Farbmöglichkeiten.

Drucker, die direkt mit Metallen arbeiten, sind im Allgemeinen teuer. Weniger teure Drucker können jedoch zur Herstellung einer Form verwendet werden, die dann zur Herstellung von Metallteilen verwendet wird.

Typ	Technologien	Materialien
Tintenstrahltechnik	Drop-on-Demand oder kontinuierliche (Einzel- oder Mehrfachdüse) Partikelabscheidung	Heißschmelzende Materialien (Wachs, Thermoplast, Metalllegierung)
Materialextrusion	Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) und Fused Pellet Fabrication oder Fused Particle Fabrication	Thermoplaste, eutektische Metalle, essbare Materialien, Kautschuke, Knetmasse, Plastilin
	Robocasting oder MIG-Schweißen 3D-Druck oder Direct Ink Writing (DIW) oder Extrusionsbasierte additive Fertigung von Metallen (EAM) und Keramik (EAC)	Metall-Bindemittel-Mischungen (einschließlich Metallton und Edelmetallton), Keramik-Bindemittel-Gemische (einschließlich keramischer Ton und keramische Schlämme), Cermet, Metall-Matrix-Verbundwerkstoff, Keramik-Matrix-Verbundwerkstoff, Metall (MIG-Schweißen)
	Composite Filament Fabrication (CFF)	Nylon oder Nylon mit kurzer Kohlenstofffaser + Verstärkung in Form von Kohlenstoff, Kevlar, Glas und Glas für Hochtemperaturfasern
Lichtpolymerisiert	Stereolithographie (SLA)	Photopolymer (einschließlich präkeramische Polymere)
	Digital Light Processing (DLP)	Photopolymer
	Continuous Liquid Interface Production (CLIP)	Photopolymer + thermisch aktivierte Chemie
Pulverbett	3D-Druck mit Pulverbett und Tintenstrahlkopf (3DP)	Fast jede Metalllegierung, pulverförmige Polymere, Gips
	Elektronenstrahlschmelzen (EBM)	fast jede Metalllegierung einschließlich Titanlegierungen
	Selektives Laserschmelzen (SLM)	Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen, Edelstahl, Aluminium
	Selektives Wärmesintern (SHS)	Thermoplastische Pulver
	Selektives Lasersintern (SLS)	Thermoplaste, Metallpulver, Keramikpulver
	Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)	fast jede Metalllegierung
Laminiert	Laminierte Objektherstellung (LOM)	Papier, Metallfolie, Kunststofffolie
Pulverbeschichtung	Gerichtete Energieabscheidung	Fast jede Metalllegierung
Draht	Elektronenstrahl-Freiformbearbeitung (EBF3)	Fast jede Metalllegierung

TintenstrahltechnikBearbeiten

Eine Düse mit flüssigem Material kann über eine saugfähige Oberfläche gezogen werden, um Material herauszuziehen, elektrostatisch aus einer größeren Düsenöffnung gezogen werden, mit Druck beaufschlagt werden, um Material auszustrahlen, oder mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagt werden, um kurze Flüssigkeitsstöße in Form von Spray oder einzelnen Tropfen auszustoßen. Ein Füllfederhalter mit Federspitze ist ein Beispiel für ein Dochtmaterial. Ein Schlauch ist ein Beispiel für eine strömende Flüssigkeit. Eine Pumpe mit kurzem Ausstoß ist ein Beispiel für das Ausstoßen von Tropfen oder Sprühnebeln.

Düsen können aus jedem beliebigen Material bestehen und können eine einzelne Düse mit einer Flüssigkeitskammer oder mehrere Düsen mit einer oder mehreren Flüssigkeitskammern sein. Heutige Tintenstrahldrucker können jede Variante dieser Arten von Tintenstrahldruckern sein.

Das Tintenmaterial für Tintenstrahldrucker muss nur eine ausreichend niedrige Viskosität haben, damit die Flüssigkeit durch die Düsenöffnung fließen kann. Die Materialien können geschmolzen werden, um flüssig zu sein. Diese werden Hotmelt-Tinten genannt. In allen Fällen müssen die Tintenstrahltinten auf der Druckfläche dreidimensional sein, um eine Z-Höhenkomponente für ein 3D-Objekt zu erzeugen.

Der Tintenstrahldruck wurde von Teletype eingeführt, die 1966 den elektrostatisch ziehenden Inktronic-Fernschreiber vorstellte. Der Drucker verfügte über 40 Düsen, die eine bahnbrechende Geschwindigkeit von 120 Zeichen pro Sekunde boten.

Kontinuierliche Tintenstrahldrucker waren in den 1950-1960er Jahren beliebt, bevor 1972 die Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker erfunden wurden. Kontinuierliche dreidimensionale Tinten waren Tinten auf Wachsbasis und Niedertemperatur-Metalllegierungen. Der Druck mit diesen Schmelztinten erzeugte alphanumerische Zeichen, die solide und 3D-ähnlich waren, aber niemand erkannte sie als 3D-Druck. 1971 patentierte ein junger Ingenieur, Johannes Gottwald, einen Flüssigmetallschreiber, der große Zeichen in Metall für Beschilderungen druckte, aber die Teletype Corp. ignorierte diese Entdeckung. Die Blindenschrift wurde in den 1960er Jahren mit Wachstinten gedruckt, aber nie kommerziell genutzt.

Drop-On-Demand-Tintenstrahldrucker (DOD) wurden 1972 erfunden, wobei die piezoelektrische „Squeeze“-Technologie verwendet wurde, um einen Tropfen pro Druckvorgang herauszupumpen. In diesen frühen DOD-Düsen wurden nur Tinten auf Wasserbasis verwendet. Es wurde mit verschiedenen Formen und Durchmessern von Düsenöffnungen und mit mehreren Düsenlöchern pro Tintenstrahlrohr experimentiert. Tintenstrahldüsen mit einer Düse wurden bei Exxon Office Systems „Alpha Jets“ genannt, wo der Druck von vielen frühen Erfindern erforscht wurde, die mit der Verbesserung des Drucks beauftragt wurden. Der Alpha-Jet wurde verworfen, weil er zu komplex war. Mehrdüsige Druckköpfe wurden von dieser Gruppe entwickelt und eingebaut.

Eine kleine Firma in New Hampshire, R.H. Research, die Robert Howard gehörte, untersuchte von 1982 bis 1983 das Drucken und entschied, dass der eindüsige Tintenstrahldrucker eine mögliche Lösung sei. Al Hock lud Tom Peer und Dave Lutz ein, zu ihm nach New Hampshire zu kommen, um sich mit diesem neuen Projekt zu befassen, und sie nahmen das Angebot an. Dave Lutz setzte sich mit zwei Jet-Leuten in Verbindung, die noch bei Exxon arbeiteten, Jim und Kathy McMahon, und auch sie nahmen das Angebot an, Gründer dieses Unternehmens zu werden, das später Howtek, Inc. heißen sollte. Innerhalb weniger Monate funktionierten die vom neuen Howtek-Team hergestellten Alpha-Jets einwandfrei. Die Geschäftsleitung von Howtek entschied sich aufgrund der Testergebnisse, die Glasdüsen durch Tefzel zu ersetzen. Tefzel ermöglichte es dem Tintenstrahldrucker, bei hohen Temperaturen mit den neuen thermoplastischen Hotmelt-Tinten zu arbeiten und ohne Vibrationen in der Düsenstruktur zu arbeiten, die Streutropfen erzeugen. Jeder Abdruck erzeugte einen Tropfen in einem Frequenzbereich von 1-16.000 Tropfen pro Sekunde. Die Düsen waren herstellbar und der Pixelmaster war geboren. Jeder Druckkopf verfügte über 32 einzelne Tintenstrahldüsen, die 4 Farben (8 Düsen pro Farbe) CMYK druckten. Der Mechanismus bestand aus einem Druckkopf, der sich mit 121 Umdrehungen pro Minute drehte und gleichmäßig große und geformte Tropfen präzise an der richtigen Stelle platzierte, als subtraktiver Farbtext- und Bilddruck für die grafische Industrie. Diese Technologie des Drucks von CMYK-Schichten mit Hotmelt-Tinten war ein Vorläufer des 3D-Patents von Richard Helinski. Einige Jahre später (1993) wurde das Patent zunächst von Sanders Prototype, Inc. lizenziert (umbenannt in Solidscape, Inc.), einem Hersteller des ersten Desktop-Rapid-Prototype-Druckers der Branche, dem Modelmaker 6 Pro. Dieser Drucker und neuere Produkte verwenden diese Howtek-Tintendüsen und Thermoplast-Tinten. Mit dem Thermoplast gedruckte Modelle waren perfekt für den Feinguss geeignet, da sie beim Ausbrennen keine Asche abgaben. Der Druck mit Thermoplast-Tintentropfen ist akkurat und präzise und liefert hochwertige Oberflächenmodelle, die bei Juwelieren und detailbewussten CAD-Designern beliebt sind. Die Howtek-Tintenstrahldrucker, die für den Druck einer Seite in 4 Minuten konzipiert waren, druckten nun in einigen Fällen 4 Tage am Stück. Der erste Drucker wurde 1993 an Hitchner Corporations, Metal Casting Technology R&D group, verkauft, wo er Golfschlägerköpfe und Teile für Automotoren druckt.

MaterialextrusionBearbeiten

Fused Filament Fabrication (FFF), auch bekannt unter dem geschützten Begriff Fused Deposition Modeling (FDM), geht auf ein automatisches Heißluftschweißsystem für Polymerfolien, Heißschmelzkleben und automatisches Aufbringen von Dichtungen zurück. Dieses Prinzip wurde in den späten 1980er Jahren von S. Scott Crump weiterentwickelt und 1990 von Stratasys kommerzialisiert. Nachdem das Patent auf diese Technologie ausgelaufen war, entwickelte sich eine große Open-Source-Entwicklergemeinschaft, und es entstanden sowohl kommerzielle als auch DIY-Varianten, die diese Art von 3D-Drucker nutzen, bekannt als das RepRap-Projekt (für Self-Replicating Rapid Prototyper). Infolgedessen ist der Preis dieser Technologie seit ihrer Entwicklung um zwei Größenordnungen gesunken, und sie ist zur gängigsten Form des 3D-Drucks geworden.

Beim Fused Deposition Modeling wird das Modell oder Teil durch das Extrudieren kleiner Materialkügelchen oder -ströme hergestellt, die sofort aushärten und Schichten bilden. Ein Filament aus Thermoplast oder einem anderen Material mit niedrigem Schmelzpunkt wird in einen Extrusionsdüsenkopf (3D-Druckerextruder) eingespeist, wo das Filament auf seine Schmelztemperatur erhitzt und auf einen Aufbautisch extrudiert wird. In jüngerer Zeit wurde das Schmelzpelletverfahren (oder Schmelzpartikelabscheidung) entwickelt, bei dem Kunststoffpartikel oder -pellets die Verwendung von Filamenten ersetzen. Der Düsenkopf erhitzt das Material und schaltet den Fluss ein und aus. In der Regel werden Schrittmotoren oder Servomotoren eingesetzt, um den Extrusionskopf zu bewegen und den Fluss zu regulieren. Der Drucker verfügt in der Regel über 3 Bewegungsachsen. Ein Softwarepaket für die computergestützte Fertigung (CAM) wird verwendet, um den G-Code zu erstellen, der an einen Mikrocontroller gesendet wird, der die Motoren steuert.

Kunststoff ist das gebräuchlichste Material für einen solchen Druck. Es können verschiedene Polymere verwendet werden, darunter Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PC), Polymilchsäure (PLA), hochdichtes Polyethylen (HDPE), PC/ABS, Polyphenylsulfon (PPSU) und hochschlagfestes Polystyrol (HIPS). Im Allgemeinen wird das Polymer in Form von Fäden aus neuen Harzen hergestellt. In der Open-Source-Community gibt es mehrere Projekte, die darauf abzielen, Post-Consumer-Kunststoffabfälle zu Filamenten zu verarbeiten. Dazu gehören Maschinen, die das Kunststoffmaterial zerkleinern und zu Filamenten extrudieren, wie z. B. Recyclebots. Außerdem werden Fluorpolymere wie PTFE-Schläuche in diesem Prozess verwendet, da das Material hohen Temperaturen standhalten kann. Diese Fähigkeit ist besonders nützlich bei der Übertragung von Filamenten.

Metall und Glas können ebenfalls für den 3D-Druck verwendet werden, obwohl sie viel teurer sind und im Allgemeinen für Kunstwerke verwendet werden. Die Entwicklung von WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) hat jedoch die Kosten für den 3-D-Druck von Metall gesenkt.

FDM ist in Bezug auf die Variation der Formen, die hergestellt werden können, etwas eingeschränkt. Beispielsweise können mit FDM normalerweise keine stalaktitenähnlichen Strukturen hergestellt werden, da sie während des Aufbaus nicht gestützt werden würden. Andernfalls muss eine dünne Stütze in die Struktur eingearbeitet werden, die bei der Endbearbeitung weggebrochen werden kann. Normalerweise kümmert sich die Software, die das 3D-Modell in einen Satz flacher Schichten umwandelt, den so genannten Slicer, um die Hinzufügung dieser Stützen und einiger anderer Ressourcen, um die Herstellung dieser Art von Formen zu ermöglichen.

PulverbettschmelzenBearbeiten

Ein weiterer Ansatz für den 3D-Druck ist das selektive Verschmelzen von Materialien in einem Granulatbett. Bei dieser Technik werden Teile der Schicht verschmolzen und dann im Arbeitsbereich nach oben bewegt, wobei eine weitere Granulatschicht hinzugefügt und der Vorgang wiederholt wird, bis das Werkstück aufgebaut ist. Bei diesem Verfahren werden die ungeschmolzenen Medien zur Unterstützung von Überhängen und dünnen Wänden im herzustellenden Teil verwendet, wodurch der Bedarf an temporären Hilfsstützen für das Teil verringert wird. Beim selektiven Wärmesintern beispielsweise bringt ein Thermodruckkopf Wärme auf Schichten aus pulverförmigem Thermoplast auf; wenn eine Schicht fertig ist, fährt das Pulverbett nach unten, und eine automatisierte Walze fügt eine neue Materialschicht hinzu, die gesintert wird, um den nächsten Querschnitt des Modells zu bilden; durch die Verwendung eines weniger intensiven Thermodruckkopfs anstelle eines Lasers ist dies eine kostengünstigere Lösung als der Einsatz von Lasern und kann auf Tischgröße verkleinert werden.

Das selektive Lasersintern (SLS) wurde Mitte der 1980er Jahre von Dr. Carl Deckard und Dr. Joseph Beaman an der Universität von Texas in Austin unter der Schirmherrschaft der DARPA entwickelt und patentiert. Ein ähnliches Verfahren wurde 1979 von R. F. Housholder patentiert, aber nicht vermarktet.

Beim selektiven Laserschmelzen (SLM) wird das Pulver nicht gesintert, sondern mit Hilfe eines Hochenergielasers vollständig aufgeschmolzen, um schichtweise völlig dichte Werkstoffe zu erzeugen, die ähnliche mechanische Eigenschaften wie herkömmlich hergestellte Metalle aufweisen.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ist eine ähnliche Art der additiven Fertigungstechnologie für Metallteile (z. B. Titanlegierungen). Beim EBM werden Teile hergestellt, indem Metallpulver Schicht für Schicht mit einem Elektronenstrahl im Hochvakuum geschmolzen wird. Im Gegensatz zu Metallsintertechniken, die unterhalb des Schmelzpunkts arbeiten, sind EBM-Teile lunkerfrei.

Binder JettingEdit

Das Binder Jetting 3D-Druckverfahren ist die Aufbringung eines bindenden Klebstoffs auf Materialschichten, in der Regel in Pulverform. Die Materialien können auf Keramikbasis oder aus Metall bestehen. Dieses Verfahren ist auch als Inkjet-3D-Drucksystem bekannt. Zur Herstellung des Werkstücks baut der Drucker das Modell mit Hilfe eines Kopfes auf, der sich über die Plattformbasis bewegt und eine Schicht nach der anderen aufträgt, indem er eine Pulverschicht (Gips oder Harze) aufträgt und mit einem tintenstrahlähnlichen Verfahren ein Bindemittel in den Querschnitt des Werkstücks druckt. Dies wird so lange wiederholt, bis alle Schichten gedruckt sind. Diese Technologie ermöglicht den Druck von vollfarbigen Prototypen, Überhängen und Elastomerteilen. Die Festigkeit von geklebten Pulverdrucken kann durch Wachs- oder Duroplastimprägnierung erhöht werden.

StereolithographieBearbeiten

Das Stereolithographie-Verfahren (SLA) basiert auf der Lichthärtung (Photopolymerisation) von flüssigen Materialien zu einer festen Form; es wurde 1986 von Chuck Hull patentiert.

Bei diesem Verfahren wird ein Bottich mit flüssigem Polymer einer kontrollierten Beleuchtung (z. B. einem Laser oder einem digitalen Lichtprojektor) unter Schutzlichtbedingungen ausgesetzt. In der Regel härtet das belichtete Flüssigpolymer durch Vernetzung aus, die durch die Additionsreaktion von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in Acrylaten ausgelöst wird. Die Polymerisation findet statt, wenn Photopolymere, die Chromophore enthalten, dem Licht ausgesetzt werden; andernfalls wird die Zugabe von lichtempfindlichen Molekülen verwendet, um mit der Lösung zu reagieren und die Polymerisation einzuleiten. Die Polymerisation der Monomere führt zur Vernetzung, wodurch ein Polymer entsteht. Durch diese kovalenten Bindungen werden die Eigenschaften der Lösung verändert. Die Bauplatte wird dann in kleinen Schritten nach unten bewegt, und das flüssige Polymer wird erneut dem Licht ausgesetzt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Modell fertiggestellt ist. Das flüssige Polymer wird dann aus dem Behälter abgelassen, so dass das feste Modell zurückbleibt. Das EnvisionTEC Perfactory ist ein Beispiel für ein DLP-Rapid-Prototyping-System.

Tintenstrahldrucksysteme wie das Objet PolyJet-System sprühen Photopolymer-Materialien in hauchdünnen Schichten (zwischen 16 und 30 µm) auf eine Bauplatte, bis das Teil fertig ist. Jede Photopolymerschicht wird nach dem Aufsprühen mit UV-Licht ausgehärtet, so dass vollständig ausgehärtete Modelle entstehen, die ohne Nachhärtung sofort gehandhabt und verwendet werden können. Das gelartige Trägermaterial, das für komplizierte Geometrien ausgelegt ist, wird von Hand und durch Wasserstrahlen entfernt. Es ist auch für Elastomere geeignet. Es gibt eine andere Art von Tintenstrahldrucksystem auf dem Markt, mit dem ein Photopolymer schichtweise gedruckt werden kann, mit zwischenzeitlicher UV-Härtung, um Brillengläser herzustellen. In diesem Fall sind keine Stützstrukturen erforderlich, da Brillengläser keine Überhänge brauchen. Das niederländische Unternehmen Luxexcel hat diese Technologie und Druckplattform kommerzialisiert.

Mit der 3D-Mikrofabrikationstechnik, die bei der Multiphotonen-Photopolymerisation eingesetzt wird, können extrem kleine Strukturen hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird ein fokussierter Laser verwendet, um das gewünschte 3D-Objekt in einen Gelblock zu zeichnen. Aufgrund der nichtlinearen Natur der Photoanregung härtet das Gel nur an den Stellen zu einem Festkörper aus, an denen der Laser fokussiert wurde, während das restliche Gel anschließend weggewaschen wird. Strukturen mit einer Größe von weniger als 100 nm lassen sich problemlos herstellen, ebenso wie komplexe Strukturen mit beweglichen und ineinandergreifenden Teilen.

Ein anderer Ansatz verwendet ein Kunstharz, das mit Hilfe von LEDs verfestigt wird.

Bei der Stereolithografie auf der Grundlage von Maskenbildprojektion wird ein digitales 3D-Modell durch eine Reihe von horizontalen Ebenen geschnitten. Jede Schicht wird in ein zweidimensionales Maskenbild umgewandelt. Das Maskenbild wird dann auf eine fotohärtbare Flüssigharzoberfläche projiziert, und Licht wird auf das Harz projiziert, um es in der Form der Schicht auszuhärten. Mit dieser Technik wurden bereits Objekte aus mehreren Materialien hergestellt, die unterschiedlich schnell aushärten. In Forschungssystemen wird das Licht von unten projiziert, so dass das Harz schnell in gleichmäßige dünne Schichten aufgetragen werden kann, was die Produktionszeit von Stunden auf Minuten reduziert. Kommerziell erhältliche Geräte wie Objet Connex tragen das Harz über kleine Düsen auf.

Continuous liquid interface production (CLIP) ist eine weitere Form der additiven Fertigung, bei der das DLP-basierte Fotopolymerisationsverfahren zur Herstellung von festen Objekten mit glatten Seiten in einer Vielzahl von Formen verwendet wird. Der kontinuierliche Prozess der CLIP beginnt mit einem Pool aus flüssigem Photopolymerharz. Ein Teil des Poolbodens ist für ultraviolettes Licht transparent (das „Fenster“). Wie bei früheren DLP-Systemen scheint ein ultravioletter Lichtstrahl durch das Fenster und beleuchtet den genauen Querschnitt des Objekts. Das Licht bringt das Harz zum Erstarren. Das Objekt hebt sich langsam genug, damit das Harz unter das Objekt fließen und den Kontakt mit dem Boden des Objekts aufrechterhalten kann. CLIP unterscheidet sich von herkömmlichen DLP-Verfahren durch eine sauerstoffdurchlässige Membran, die unter dem Harz liegt und eine „tote Zone“ (anhaltende Flüssigkeitsgrenzfläche) schafft, die verhindert, dass das Harz am Fenster haftet (die Photopolymerisation wird zwischen dem Fenster und dem Polymerisator verhindert).

Im Gegensatz zur Stereolithografie wird das Druckverfahren von seinen Begründern als kontinuierlich angesehen und ist wesentlich schneller als herkömmliche DLP-Verfahren, so dass Teile innerhalb von Minuten statt Stunden hergestellt werden können.

In jüngster Zeit wurde der Einsatz stereoligrafischer 3D-Druckverfahren weiterentwickelt, um die additive Fertigung von Keramikmaterialien zu ermöglichen. Der erfolgreiche 3D-Druck von Keramiken mittels Stereolithografie wird durch die Fotopolymerisation von präkeramischen Polymeren erreicht, um siliziumbasierte Keramiken einer Klasse zu erhalten, die allgemein als von Polymeren abgeleitete Keramiken bekannt ist, einschließlich Siliziumkarbid und Siliziumoxykarbid.

Die axiale ComputerlithografieEdit

Die axiale Computerlithografie ist eine Methode für den 3D-Druck, die auf der Umkehrung des Prinzips der Computertomografie (CT) beruht, um Abdrücke in fotohärtbarem Harz zu erstellen. Es wurde in Zusammenarbeit zwischen der University of California, Berkeley und dem Lawrence Livermore National Laboratory entwickelt. Im Gegensatz zu anderen 3D-Druckverfahren werden die Modelle nicht wie beim Fused Deposition Modeling und der Stereolithografie durch das Auftragen von Materialschichten erstellt, sondern durch eine Reihe von 2D-Bildern, die auf einen Zylinder aus Harz projiziert werden. Es zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, Objekte viel schneller zu erstellen als andere Verfahren, die Harze verwenden, und durch die Möglichkeit, Objekte in die Drucke einzubetten.

Liquid Additive ManufacturingEdit

Liquid Additive Manufacturing (LAM) ist eine additive Fertigungstechnik, bei der ein flüssiges oder hochviskoses Material (z. B. Flüssigsilikonkautschuk) auf eine Bauplattform aufgebracht wird, um ein Objekt zu erstellen, das dann durch Hitze vulkanisiert wird, um es zu härten. Das Verfahren wurde ursprünglich von Adrian Bowyer entwickelt und dann von der deutschen Firma RepRap weiterentwickelt.

LaminierenBearbeiten

In einigen Druckern kann Papier als Baumaterial verwendet werden, was zu niedrigeren Druckkosten führt. In den 1990er Jahren brachten einige Unternehmen Drucker auf den Markt, die mit einem Kohlendioxidlaser Querschnitte aus mit speziellem Klebstoff beschichtetem Papier ausschnitten und dann zusammenlaminierten.

2005 entwickelte Mcor Technologies Ltd. ein anderes Verfahren, bei dem gewöhnliche Bögen Büropapier, eine Wolframkarbidklinge zum Schneiden der Form und selektives Auftragen von Klebstoff und Druck zum Verkleben des Prototyps verwendet werden.

Es gibt auch eine Reihe von Unternehmen, die Drucker verkaufen, die laminierte Objekte aus dünnen Kunststoff- und Metallplatten drucken.

Ultraschall-Konsolidierung (UC) oder Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) ist ein Verfahren zur additiven Fertigung oder zum 3D-Druck von Metallen bei niedrigen Temperaturen.

Directed Energy Deposition (DED)Bearbeiten

Gerichtetes Abscheiden von PulverEdit

Beim gerichteten Abscheiden von Pulver wird ein Hochleistungslaser verwendet, um Metallpulver zu schmelzen, das dem Fokus des Laserstrahls zugeführt wird. Der Laserstrahl verläuft in der Regel durch die Mitte des Beschichtungskopfes und wird durch eine oder mehrere Linsen auf einen kleinen Punkt fokussiert. Der Aufbau erfolgt auf einem X-Y-Tisch, der durch einen Werkzeugweg angetrieben wird, der anhand eines digitalen Modells erstellt wird, um ein Objekt Schicht für Schicht herzustellen. Der Beschichtungskopf wird vertikal nach oben bewegt, wenn jede Schicht fertiggestellt ist. Das Metallpulver wird über den Umfang des Kopfes zugeführt und verteilt oder kann durch einen internen Verteiler aufgeteilt und durch Düsen, die in verschiedenen Konfigurationen um den Beschichtungskopf herum angeordnet sind, zugeführt werden. Häufig wird eine hermetisch verschlossene, mit Inertgas gefüllte Kammer oder ein lokales Inertgas verwendet, um das Schmelzbad vom Luftsauerstoff abzuschirmen und so die Materialeigenschaften besser zu kontrollieren. Das pulvergespeiste gerichtete Energieverfahren ähnelt dem selektiven Lasersintern, allerdings wird das Metallpulver nur dort aufgetragen, wo gerade Material in das Teil eingebracht wird. Das Verfahren eignet sich für eine breite Palette von Werkstoffen, darunter Titan, Edelstahl, Aluminium und andere Spezialwerkstoffe sowie Verbundwerkstoffe und funktional abgestufte Materialien. Mit dem Verfahren können nicht nur neue Metallteile vollständig hergestellt werden, sondern es kann auch Material zu bestehenden Teilen hinzugefügt werden, beispielsweise für Beschichtungen, Reparaturen und hybride Fertigungsanwendungen. LENS (Laser Engineered Net Shaping), das von den Sandia National Labs entwickelt wurde, ist ein Beispiel für das Powder Fed – Directed Energy Deposition-Verfahren für den 3D-Druck oder die Restaurierung von Metallteilen.

MetalldrahtverfahrenBearbeiten

Laserbasierte Drahtvorschubsysteme wie Laser Metal Deposition-wire (LMD-w) führen Draht durch eine Düse, der von einem Laser unter Verwendung einer Inertgasabschirmung entweder in einer offenen Umgebung (Gas um den Laser herum) oder in einer geschlossenen Kammer geschmolzen wird. Bei der Elektronenstrahl-Freiformbearbeitung wird eine Elektronenstrahl-Wärmequelle in einer Vakuumkammer verwendet.