Fertigungsverfahren im 3D-Druck, Relevanz am Oldtimer Teilemarkt

Additive Fertigung und der Oldtimer Ersatzteilemarkt

Wenn wir von 3D-Druck sprechen, fallen oft eine Menge undurchschaubarer Begriffe wie Additive Manufacturing, Lasersintern und FDM. Dieser Beitrag gibt einen Einblick in aktuelle 3D-Druckverfahren, deren Ablauf, Oberflächenqualität und Besonderheiten.

Das “Additive Manufacturing” (deutsch: additive Fertigung) beschreibt ein Verfahren, bei dem das Material Schicht für Schicht aufgetragen wird. Damit grenzt es sich von herkömmlichen Verfahren ab, bei denen Material abgetragen wird. Die Menge des Materials kann demzufolge genauer bestimmt werden und es lassen sich kleinere Serien, z.B. Ersatzteile für Oldtimer, fertigen.

Ein weiterer Vorteil ist der hohe Individualisierungsgrad. Man ist in der Lage, sehr komplexe Formen zu drucken und benötigt keinerlei zusätzliche Werkzeuge. Speziell können Ersatzteile für Motorräder oder Autos, deren Produktion längst eingestellt ist, reproduziert werden. Besonders für seltene oder schwer beschaffbare Ersatzteile bildet der 3D-Druck die ideale Brücke.

Die additive oder generative Fertigung umfasst mehrere Verfahren wie etwa die Stereolithografie, das selektive Lasersintern, das Fused Layer Modelling oder das Laserstrahlschmelzen. Um Teile zu fertigen, muss vorher ein 3D-CAD-Modell erzeugt werden.

Auf welcher Basis die unterschiedlichen Verfahren funktionieren, erläutern wir im Folgenden:

FLM – Fused Layer Modelling (deutsch: Schmelzschichtung)

Das Verfahren wird auch als “Fused Filament Fabrication” (FFF) oder Fused Deposition Modelling (FDM) bezeichnet. Es funktioniert ähnlich einer Heißklebepistole, die von einem Computer gesteuert wird. Ein drahtförmiger Kunststoff oder ein Kunststoffgemisch wird mittels einer Fördereinheit durch eine erhitzte Düse gedrückt. Dabei verflüssigt sich der Kunststoff, welcher anschließend Schichtweise aufgetragen wird. Mit Hilfe dieser Technik können Voll- oder Hohlkörper gefertigt werden, deren Schichtdicken sich zwischen 0,025mm und 1,25mm befinden. Es ist somit möglich, Knöpfe, Dichtungen (sogar für Oldtimer), Anbauteile und Zierleisten zu fertigen und diese wie gewünscht nachzubearbeiten. Besonders wichtig ist natürlich die Originalität und Qualität der Ersatzteile. Auch dabei kann die Technologie den hohen Anforderungen gerecht werden aufgrund ihrer hohen Bandbreite an für das FDM-Verfahren verfügbaren Materialien. Thermoplaste wie z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polylactid, ABS und PETG, aber auch Werkstoffmischungen mit Metallen, Kohlefaser oder Carbon sind je nach Anforderungsprofil und geforderter Festigkeit möglich. Durch anschließendes Sintern erhält man eine rein metallische Struktur.

SLS – selektives Lasersintern

Beim Lasersintern wird ein Pulver auf eine Oberfläche Schichtweise aufgebracht. Durch einen Laserstrahl, der mittels einer Mechanik gezielt gesteuert wird, wird das Pulver selektiv geschmolzen und erstarrt anschließend wieder. Die vom Laser zugeführte Energie wird vom Pulver absorbiert und löst ein lokal begrenztes Sintern von Partikeln aus.

Das Pulver kann Metall-, Kunststoff- oder Keramikpulver sein, aber auch Mischformen sind möglich. Der Prozess findet unter erhöhtem Druck statt und zeichnet sich durch das sogenannte “Prozessleuchten” aus. Prozessleuchten ist das gezielte Aufhellen von Konturen, die der Laser abfährt. So kann man einem Mercedes- Stern zu neuem Glanz verhelfen. Durch die Wirkung der Strahlen lassen sich auch Hinterschneidungen erzeugen, welche mit klassischem Gussverfahren für Kunststoffmaterialien nicht herzustellen wären. Ein großer Vorteil der SLS-Technologie besteht darin, dass es ohne Stützstrukturen auskommt, da das Bauteil beim Fertigen stets von Pulver umgeben ist. Allerdings muss dieses Pulver im Nachgang wieder entfernt werden.

SLA – Stereolithografie

Das SLA-Verfahren ist das Älteste unter den 3D-Druckverfahren. Es zeichnet sich dadurch aus, dass sich das Bauteil in einem Bad mit flüssigem Photopolymer befindet. Photopolymer ist ein durch UV-Strahlen ausgehärteter Kunststoff wie z.B. Acryl- oder Epoxidharze. Die Konturen des Bauteils werden Schicht für Schicht durch einen Laser erstarrt. Durch eine Hubeinheit wird das Bauteil gesenkt bzw. erhöht und ein Rakel verteilt das Harz gleichmäßig. Nach der Fertigstellung des Bauteils muss das Harz abtropfen und das Bauteil eventuell in einen UV-Schrank gestellt werden, um auszuhärten.

Das SLA-Verfahren sticht besonders durch seine Oberflächengüte und hohe Präzision hervor. Es können damit sehr dünne Schichten erzeugt werden. Für die Fertigung komplexer Bauteile werden Stützstrukturen benötigt, die wiederum mechanisch entfernt werden müssen.

Alle beschriebenen Technologien kommen bereits beim 3D-Druck von Ersatzteilen zum Einsatz. Wie Sie von Ihrer Vorlage oder Ihrem gewünschten Ersatzteil zum fertigen Bauteil gelangen, ist in unserem Artikel “Der Weg von der Vorlage zum 3D-Druck-Ersatzteil” genauer beschrieben.

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