Das ABC des 3D Drucks – ein umfassendes Lexikon

Wenn Sie sich mit 3D Druck – auch bekannt unter dem Begriff der additiven Fertigung – beschäftigen, begegnen Sie einigen Fremd- und Fachwörtern. Gerne geben wir Ihnen einen Überblick und Erklärung zu den 50 wichtigsten Fachbegriffen und Abkürzungen.

 

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3MF – Dateiformat

Dieses Dateiformat wurde im April 2015 von insgesamt 7 Unternehmen der 3D-Druck-Branche entwickelt. Es soll, so der Plan, die Vielzahl der derzeitig noch üblichen 3D-Druckformate nach und nach ablösen, nach dem Vorbild des PDF-Formats. Dabei steht die Abkürzung 3MF für „3D Manufacturing Format“.

A

ABS – Material - FDM

Die Abkürzung ABS steht für Acrylnitril-Butadien-Styrol. Dieser Kunststoff wird im FDM-Druck verarbeitet. ABS zeichnet sich insbesondere durch seine hohe Festigkeit, einen einfachen Druckprozess und grosse Bauräume aus. Darüber hinaus bietet ABS eine grosse Oberflächenhärte, Abriebfestigkeit sowie Kratz- und Schlagfestigkeit. Auch bei hohen Belastungen hat ABS, das zudem ölbeständig ist, klare Vorteile. ABS eignet sich besonders gut für Funktions- und Produktmuster. Dieser vielseitige Kunststoff findet jedoch nicht zuletzt auch in Medizin, Architektur und Dummybau Anwendung. Schmelztemperatur: 220°C.

Additive Fertigung / Additive Manufacturing

Additive Fertigung ist ein Überbegriff für alle Fertigungsverfahren, die auf dem Modellieren durch Auftragen und Hinzufügen von Material basieren. Dem gegenüber stehen die subtraktiven, sprich: abtragenden Verfahren. Diese wären etwa Fräsen, Drehen und Bohren, also Verfahren, bei denen das Modellieren über das Entfernen von Ausgangsmaterial geschieht. Darüber hinaus bedeutet additive, zugleich auch werkzeuglose Fertigung.

> Lesen Sie hier die ausführliche Definition zur Additiven Fertigung

Alumide

Alumide ist eine Mischung aus Aluminium-Pulver und pulverisiertem Polyamid (PA), die, wie PA selbst, im Selektiven Lasersintern (SLS-Druck) gedruckt wird. Alumide zeichnet sich durch seinen erhöhten thermischen Widerstand und seine mechanische Belastbarkeit aus. Hinzu kommt seine besondere Möglichkeit, Objekte von spezieller Metalloptik zu fertigen. Anwendung findet Alumide daher vor allem im Fahrzeugbau, für die Produktion von Kleinserien, für Anschauungsobjekte in Metalloptik sowie für Vorrichtungsbau.

Aluminium 3D Druck

Unter den gängigen Metallen eignet sich Aluminium in gewissen Anwendungsgebieten wie dem Leichtbau äusserst gut für den 3D Druck. Hauptvorteile des Werkstoffs sind seine Hitzebeständigkeit und die geringe Dichte des Materials bei gleichzeitig guter Festigkeit.

> Mehr zur Geschichte, den Anwendungsgebieten und Vorteilen des Aluminium 3D Drucks

Auflösung im 3D Druck

Bei der Auflösung eines 3D Druckteils geht es darum, wie dünn die Schichten sein dürfen, die ein bestimmter 3D Drucker im Extremfall wiedergeben kann.

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B

Bauraum

Generell bezeichnet man als Bauraum im Maschinenbau (und damit auch im 3D-Druck) den Raum, der für das zu entwickelnde Bauteil maximal zur Verfügung gestellt werden soll. Entscheidend ist in diesem Zusammenhang, dass der Bauraum im 3D-Druck in erheblichem Masse vom gewählten Druckverfahren abhängt. Den grössten Bauraum bietet in der Regel der FDB-Druck mit Quarzsand, den kleinsten bieten Edelmetalle, wie etwa Silber.

Binder Jetting (BJ)

Beim Binder Jetting werden verschiedene Materialien wie Sand oder PMMA durch ein Bindemittel schichtweise verklebt.

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C

CAD (-Konstruktion)

Die Abkürzung CAD steht für Computer-Aided Design. Dies bedeutet rechnerunterstütztes Konstruieren, genauer gesagt also digitales Zeichnen. Damit bezeichnet CAD das Erstellen von Konstruktionszeichnungen mittels einer Software, die in der Lage ist, dreidimensionale Objekte zu erstellen und zu verändern. Aufgrund dieser, digitalen Informationen kann der 3D-Drucker das Modell in der gewünschten Form aufbauen.

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D

Daylight Polymer Printing (DPP)

Beim DPP Verfahren werden flüssige Kunststoffe (Photopolymere) durch einen DPP-Projektor gehärtet.

Dual-Extruder

Verfügt ein 3D Drucker über zwei statt nur einem Extruder, so spricht man von einem Dual-Extruder. Ein solcher ist nötig für das mehrfarbige 3D Drucken.

DLP-Verfahren

DLP steht für die digitale Lichtverarbeitung, welche mit einer Bildprojektionstechnik arbeitet. DLP setzt eine digitale Leinwand ein, um ein einzelnes Bild jeder Schicht über die gesamte Plattform auf einmal zu projizieren. Aufgrund der digitalen Leinwand besteht das Bild jeder Schicht aus quadratischen Pixeln, wodurch eine Schicht aus kleinen Blöcken namens Voxel entsteht.

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E

Epoxy

Dieses flüssige Photopolymer wird durch Denaturierung von Naturharzen gewonnen. Im 3D Druck kommt Epoxy in der Stereolithografie (auch SLA Druck genannt), dem ältesten 3D Druckverfahren überhaupt, zum Einsatz. 3D gedruckte Modelle aus Epoxy punkten einerseits mit einer glatten und detaillierten Oberfläche sowie andererseits durch eine hohe Schlagfestigkeit, Bruchdehnung und Genauigkeit. Auch transparente Modelle sind im SLA Druck mit Epoxy möglich.

Extruder

Bei einem mit dem FDM-Verfahren arbeitenden 3D Drucker gehört der Extruder zu den wichtigsten Komponenten. Er deckt sich im Wesentlichen mit der Düse.

Generell bezeichnet man als Extruder jedes Fördergerät, das nach dem Funktionsprinzip der Archimedischen Schraube funktioniert, welches also mit Hilfe von Druck und Wärme feste bis dickflüssige Massen gleichmässig aus einer formgebenden Öffnung herauspresst.

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F

FDM-Verfahren

FDM steht für Fused Deposition Modeling, im Deutschen auch als Schmelzschichtung bzw. Düsenschmelzverfahren bekannt. Dabei beruht das FDM-Verfahren auf dem Verschmelzen und anschliessendem schichtweisen Auftragen eines Kunststoffs (in der Regel ABS oder PLA). Dieser Kunststoff wird nun in Filament- oder Stäbchenform zugeführt und dort geschmolzen. Durch Hotend und Düse wird der geschmolzene Kunststoff gemäss der in den CAD-Dateien festgelegten Struktur auf ein (meist beheiztes) Druckbett aufgetragen. Je nach Modell des FDM-Druckers sind dabei Düse, Druckbett oder eventuell auch beides beweglich.

Erfunden wurde das FDM-Verfahren im Jahr 1988, von Scott Crump.

Filament

Als Filament bezeichnen wir das im FDM-Verfahren verwendete Druckmaterial. Dieses Filament wird dem FDM Drucker meist in Rollenform, seltener auch in Stäbchenform zugeführt, wo es im Extruder geschmolzen und anschliessend, gemäss der gewünschten Struktur, auf die Druckplatte aufgetragen wird.

Flüssigsilikon

Flüssigsilikon gehört zu den neueren 3D Druckmaterialien. Verarbeitet wird Flüssigsilikon im LAM (Liquid Additive Manufacturing)-Verfahren. Dieses Verfahren beruht darauf, dass eine speziell hierfür entwickelte thermische Härtung eine Vollvernetzung auf molekularer Ebene zwischen den einzelnen Silikonschichten in Gang gesetzt wird.

Das im 3D Druck zum Einsatz kommende Flüssigsilikon, in der speziell hierfür entwickelten Materialvariante LC-3335, weist Eigenschaften auf, welche den bereits aus dem Spritzguss mit diesem Material bekannten sehr nahekommen.

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G

Genauigkeit im 3D Druck

Grundsätzlich geht es bei Genauigkeit um die Frage, wie nah eine Messung am wahren Wert liegt. Im 3D Druck-Kontext bedeutet dies für Sie: Wie nahe kommt der wahre Wert von Details eines 3D Modells denjenigen Abmessungen, die Sie in Ihren CAD-Dateien festgelegt haben?

Glasieren

Für Keramik 3D Druck-Modelle bietet sich als Nachbehandlung das Glasieren an, um eine besonders glatte Oberfläche zu erhalten. Zugleich werden Keramik-Modelle damit gegen Flüssigkeiten und Gase versiegelt.

Gleitschleifen / Trowalisieren

Durch Gleitschleifen (auch als Trowalisieren bezeichnet) lässt sich die Oberflächenbeschaffenheit von FDM- und SLS-Bauteilen entscheidend verbessern. Raue Kanten lassen sich auf diesem Wege abrunden, Schichtspuren glätten, die Oberfläche auf Glanz polieren. Zugleich lassen sich auf diese Weise die Oberflächen von FDM- und SLS-Druck-Bauteilen glätten, polieren, reinigen, mattieren, schleifen, entfetten, entölen, entzundern, entgraten oder auch glänzend machen. 

Verwendung beim Gleitschleifen finden keramische, synthetische, Kunststoff- oder auch pflanzliche Schleifkörper.

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H

Hotend

Als Hotend (gelegentlich auch: Hot End) beschreibt man bei FDM-Druckern denjenigen Teil des Extruders, mit dem das Filament (in der Regel ABS oder PLA) zum Schmelzen gebracht wird. Dabei lassen sich verschiedene Hotend-Typen anhand von Form, Durchmesser und Hitze-Toleranz unterscheiden, mit jeweils spezifischen Auswirkungen auf die Druckqualität.

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K

Keramik

Im 3D Druck findet vor allem technische Keramik Verwendung, nämlich insbesondere für Zwecke von Industrie und Forschung. Diese, auch als Grobkeramik bekannt, unterscheidet sich von der künstlerischen Keramik, der sogenannten Feinkeramik, durch eine Korngrösse von über 0,05 mm.

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L

Leichtbau

Leichtbau ist eine Konstruktionsphilosophie mit dem Ziel einer maximalen Gewichtseinsparung, um somit Rohstoffe, Kosten und Energie zu minimieren. Dieses Prinzip kommt insbesondere im Flugzeug- und Raketenbau, aber auch im Schiff- und Fahrzeugbau zum Einsatz. Überall dort also, wo weniger Gewicht weniger Treibstoff und somit weniger Kosten bedeuten.

Die im 3D Druck mögliche Designfreiheit eröffnet dem Leichtbau Möglichkeiten, die noch vor kurzem undenkbar schienen.

Lichtbogenschweissen

Beim Lichtbogenschweissen handelt es sich um ein Metall 3D Druckverfahren, welches grosse Ähnlichkeit mit dem Selektivem Laserschmelzen (SLM-Druck) aufweist. So wird auch in diesem Fall das Metall punktuell verschmolzen und (gemäss den CAD-Dateien) punktuell neu geformt. Anders als das SLM-Verfahren arbeitet das Lichtbogenschweissen, anstelle von Laser- oder Elektrodenstrahl, mit Hilfe von Gas.

Verglichen mit dem Selektiven Laserschmelzen bringt das Lichtbogenschweissen zwar Kostenvorteile, erreicht dabei jedoch nicht dessen Präzision und Qualität.

Liquid Additive Manufacturing (LAM)

Dieses 3D Druckverfahren für die additive Verarbeitung von Flüssigsilikon wurde im November 2016 (auf der Formnext in Frankfurt) erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt. LAM beruht dabei auf einem schichtweisen Aufbau des Bauteils, ähnlich dem FDM- bzw. FFF-Verfahren. Die Besonderheit besteht allerdings darin, dass ein speziell für LAM entwickeltes Verfahren der thermischen Härtung eine Vollvernetzung auf molekularer Ebene zwischen den einzelnen Silikonschichten ermöglicht.

Dadurch erweist sich das LAM-Verfahren als besonders gut geeignet, um funktionale Prototypen zu drucken sowie um kleine Fertigungsversuche komplexer Teile zu ermöglichen.

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M

Metall 3D Druck (SLM)

Der 3D Druck von Metall erfolgt in der Regel über das das Selektive Laserschmelzen (SLM), welches auf dem punktgenauen Verschmelzen einzelner Schichten mittels Laserstrahl beruht.

Auf grundsätzlich ähnliche Weise funktionieren, mit kleineren Abweichungen, auch das Direkte Metall-Lasersintern (DMSL) einerseits sowie das Lichtbogenschweissen andererseits.

Anders liegt der Fall jedoch beim 3D Druck von Edelmetallen. Hierbei wird lediglich das Wachsmodell im MultiJet-Printing gedruckt, bevor daraus das eigentliche Modell in traditioneller Weise gefertigt wird.

Zunehmend wird es allerdings auch möglich, Metalle im FDM-Verfahren zu drucken.

MultiJet-Fusion (MJF)

Das zwischen 2013 und 2016 von Hewlett-Packard(HP) entwickelte MultiJet-Fusion-Verfahren kann wohl vorerst als das jüngste 3D Druckverfahren gelten. Es beruht auf der Verarbeitung zweier Bindeflüssigkeiten mit verschiedenen, spezifischen Eigenschaften. Dabei bindet eine wärmeleitende Flüssigkeit das Objekt, während ein thermischer Hemmer an dessen Rändern aufgetragen wird. Zuletzt verschmelzen Infrarot-Energiequellen über dem Druckbett die jeweilige Schicht.

> Lesen Sie hier mehr rund um den Hype um MultiJet-Fusion

MultiJet Modeling (MJM)

Beim MultiJet-Modeling (MJM) wird ein photopolymerer, also lichtempfindlicher durch mehrere Düsen (daher der Name) auf eine Plattform aufgetragen. Dort wird dieser Kunststoff sofort ausgehärtet. Das MultiJet Modeling, auch als MultiJet-Printing bzw. PolyJet-Druck geläufig, kann somit als eine Art Gemisch aus Stereolithographie und FDM-Druck gelten. Dabei ermöglicht MJM sehr detailgetreue Modelle.

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O

Oberflächengüte

Die Oberflächengüte ist ein Ausdruck für die Rauheit in der Oberflächenprüfung. Die Oberflächengüte kann je nach der verwendeten 3D Druck-Technologie stark variieren. Für eine hohe Oberflächengüte wird oftmals auch auf Nachbearbeitungsmethoden (Finishes) zurückgegriffen, um die 3D Druckteile mit einer stabilen oder, je nach Wunsch, eher feineren Oberfläche produzieren zu können.

> Lesen Sie hier mehr zu möglichen Nachbearbeitungsmethoden, um die Oberflächengüte zu verbessern

Optische Tomografie

Dieses neuartige Testverfahren dient der Qualitätskontrolle im Metalldruck. Bei dieser, auch als optische Kohärenztomografie (Abkürzung OCT) bezeichneten Technik handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren. Hierbei wird kohärent reflektiertes Laserlicht (d.h. ein Laserstrahl) für die Darstellung von Gewebe-Schnittbildern (= Tomogramme) eingesetzt wird.

Bei der optischen Tomografie wird jede gedruckte Schicht zwecks Überprüfung lückenlos erfasst. An Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit übertrifft die optische Tomografie dabei alles mit traditionellen Verfahren wie Ultraschall oder Röntgenstrahlung Mögliche.

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P

PA Kunststoff (Polyamid)

Alle PA(=Polyamid)-Kunststoffe lassen sich chemisch als linearen Polymere beschreiben. Das bedeutet, dass diese sich durch sich regelmässig wiederholenden Amidbindungen entlang der Hauptkette auszeichnen. In einem weiteren Sinne der Begriff allerdings auch allgemein für synthetische, technisch verwendbare thermoplastische Kunststoffe verwendet.

PA-Kunststoffe sind die häufigsten Materialien im Selektiven Lasersintern (SLS-Druck). Dies hängt nicht zuletzt damit zusammen, dass diese in einer Vielzahl an Materialvarianten angeboten werden und der Werkstoff besonders reissfest und stark belastbar ist und somit Ihren 3D Druckteile eine hohe Formstabilität verleiht.

Photopolymere

Photopolymere sind licht-sensitive polymerische Materialien, welche in Druckplatten oder auch Mikrofilmen verwendet werden.

Es gibt viele nützliche Anwendungen für Photopolymere, so findet das Material beispielsweise oft Einsatz in Farben, Zahnfüllungen und Lacken, die bei der Härtung auf lichtabhängiger Polymerisierung basieren. 

PMMA Acrylglas

PMMA steht als Abkürzung für Polymethylmethacrylat, ein synthetischer, transparenter und thermoplastischer Kunststoff, besser bekannt als Acryl-Glas oder Plexiglas. 

> Hier geht's zu interessanten Fakten zum 3D Druck mit Acrylglas

Polycarbonat (PC)

Dieser thermoplastische Kunststoff gehört zu den beliebtesten Thermoplasten. Dabei verbindet Polycarbonat (PC) eine gute Hitzebeständigkeit mit einer hervorragenden Stoss- und Schlagfestigkeit.

Polycarbonat wird im FDM-Verfahren 3D gedruckt und findet unter anderem für UV- und Wellplatten Verwendung.

Präzision im 3D Druck

Eine Masszahl für die Wiederholbarkeit einer Messung bezeichnet man im Allgemeinen mit dem Begriff der Präzision. Im Fall der 3D Druck-Praxis bedeutet dies letzten Endes: Zuverlässigkeit. Mit welcher Sicherheit können Sie sich darauf verlassen, dass der 3D Drucker bei jedem Druckvorgang aufs Neue die erwarteten Ergebnisse erzielt?

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Q

Quarzsand

Als Rohstoff ist Quarzsand weltweit in nahezu unbegrenzter Menge vorhanden. Im 3D Druck wird dieser Werkstoff im FDB(=Furan-Direct-Binding)-Verfahren verarbeitet. Dabei ermöglicht Quarzsand als 3D Druck-Material eine wirtschaftliche Produktion, bei zugleich möglichen riesigen Bauräumen. Thermische Beständigkeit verbindet sich hierbei mit einer hohen Festigkeit. Quarzsand ist vor allem für den Sandguss geeignet.

> Lesen Sie hier mehr über die Einsatzmöglichkeiten von Quarzsand im 3D Druck

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R

Rapid Prototyping

Unter Rapid Prototyping versteht man generell die schnelle Herstellung von Musterbauteilen, anhand von Konstruktionsdaten, das heisst in der Regel anhand von CAD-Daten.

> Hier können Sie noch mehr über die Vorteile und Möglichkeiten von Rapid Prototyping nachlesen

Rapid Tooling

Hierbei handelt es sich um einen generativen Fertigungsprozess, dessen in der Integration interner, konturnaher Kühlkanäle in den Fertigungsprozess liegt. Ermöglicht wird dies durch Werkzeugeinsatz aus einem Kunststoffträgermaterial. Dieses Werkzeug wird dann mit dem Grundwerkzeug aus Stahl verschraubt. 3D-Druck bietet hierzu ideale, das bedeutet ebenso schnelle wie kostengünstige Lösungen.

Resin

Gewonnen wird Resin durch Dehydrierung von Naturharzen. Als 3D Druck-Material findet dieses Giessharz im PolyJet-Verfahren Verwendung. Resin beeindruckt vor allem durch die Möglichkeit, lichtdurchlässig (transparent) zu drucken.

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S

Shore-Härten

Die Shore-Härte bildet eine exakte, nach einem vorgegebenen Messverfahren definierte Kennzahl für die Härte von Werkstoffen. In Abhängigkeit vom zu testenden Material werden dabei standardisierte Tests durchgeführt, die jeweils auf Anbohren und Erfassen der Eindringstiefe hinauslaufen. Als Faustregel gilt dabei: Mit der Höhe des Materials steigt dessen Widerstand gegen Eindringen, sprich dessen Shore-Härte.

Benannt ist das Prinzip der Shore-Härten nach dem US-amerikanischem Erfinder Albert Ferdinand Shore (1876-1936).

Sintern

Sintern oder die Sinterung, ist ein Fertigungsprozess bei dem pulverartige Materialien zu einer speziellen Form oder Bauteil geschmolzen werden. Dabei können metallische, keramische sowie kunststoffartige Werkstoffen verarbeitet werden. 

SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern)

Selektives Lasersintern (auch SLS-Druck genannt) basiert auf einem in Pulverform vorliegende Ausgangsstoff, der mittels Laserstrahl punktgenau verschmolzen und zu einem bruchfesten Modell aufgebaut wird. Im industriellen 3D Druck-Bereich kann SLS-Druck als das Abstand am häufigsten genutzte 3D-Druckverfahren gelten. So ermöglicht dieses Verfahren schliesslich langzeitstabile Modelle zu günstigen Preisen.

> Lesen Sie in welchen Punkten sich das SLS vom SLA Verfahren unterscheidet

SLA-Verfahren (Stereolithografie)

Den Ausgangspunkt beim Stereolithografie-Verfahren (auch SLA-Druck genannt) bildet ein mit einem flüssigen Photopolymer (Epoxidharz) gefülltes Becken. Dieses Epoxidharz hat die Eigenschaft, nach einer gewissen Belichtungszeit zu erstarren. Mittels Laserstrahl werden nun die einzelnen Schichten des Modells in den Kunststoff projiziert. Das bewegliche Druckbett des SLA-Druckers wird dabei so lange nach unten gezogen, bis das Modell fertig ist. Frisch aus dem Bad genommen wird das gehärtete Objekt meistens noch in einer eigenen Belichtungskammer bis zur vollständigen Aushärtung nachbelichtet.

Bereits Anfang der 1980-er Jahre entwickelt gilt die Stereolithografie als das älteste aller 3D Druckverfahren.

Stahl 1.4404

Diese rostfreie Edelstahllegierung zeichnet sich einerseits durch eine gute Korrosionsbeständigkeit, sowie andererseits durch eine hohe Dehnfestigkeit.

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T

Tango Black Plus

Dieses gummiartige Harz ist in verschiedenen Härtegraden wählbar. Dabei beeindruckt Tango Black Plus insbesondere durch seine aussergewöhnliche Dehnbarkeit und Bruchfestigkeit. Als 3D Druck-Material findet dieser Werkstoff unter anderem für ergonomische Bauteile mit komplexen Strukturen Anwendungen.

Toleranzen im 3D Druck

Eng mit dem Begriff der Präzision hängt im 3D Druck-Kontext derjenige der Toleranz zusammen. Es geht hier um die Frage, wie präzise das 3D Druckteil genau sein soll. Oder anders ausgedrückt, wie gross ist der Spielraum, in welchem möglicherweise gelegentliche Abweichungen vorkommen können?

Prinzipiell können Sie davon ausgehen, dass die Stereolithografie (einschliesslich DLP) das 3D Druckverfahren mit den geringsten Toleranzen ist (meist um die 100 – 150 µm), während diese im FDM Druck am höchsten liegen (nämlich um die 0,1 mm).

> Lesen Sie mehr über Toleranzen, Genauigkeit und Präzision im 3D Druck

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U

ULTEM

Dieser Werkstoff hat einen besonderen Vorzug: ULTEM ist schwer entflammbar, dokumentiert durch die UL 94-V0 Norm. Darüber hinaus bietet dieses Material ein besonders günstiges Verhältnis von Festigkeit und Eigengewicht.

Als 3D Druck-Material wird ULTEM im FDM-Druck verarbeitet.

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V

Verbundwerkstoff

Ein Verbundwerkstoff ist ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, der andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Komponenten.

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W

Wandstärke

Zu den wichtigsten Parametern für das Gelingen eines 3D-Drucks gehört die richtige Konstruktion der Wandstärken. Als Faustregel gilt dabei, dass die minimalst mögliche Wandstärke vom jeweils gewählten Material abhängt. Also: Je härter das Material, umso geringer die minimale Wandstärke.

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Z

Zwischenwände

Zwischenwände dienen bei 3D Druck Modellen dazu, die optimale Stabilität des gedruckten Modells zu gewährleisten. Die Zwischenwände in Objekten sollten mindestens mit einer Stärke/Dicke von 1mm konstruiert werden, um dieses Ziel zu erreichen.

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