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Bedeutung von FDM und SLS im 3D-Druck
Das Schmelzschichtverfahren (FDM) , auch bekannt als Fused Filament Fabrication (FFF) , ist ein gängiges additives Fertigungsverfahren. Beim FDM-3D-Druck wird ein thermoplastisches Filament von einer Spule abgewickelt und einer Extrusionsdüse zugeführt, die den Materialfluss ein- und ausschalten kann. Die Düse wird erhitzt, um das Material zu schmelzen. Sie kann sowohl horizontal als auch vertikal durch einen numerisch gesteuerten Mechanismus bewegt werden, der direkt von einer CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) gesteuert wird. [1]
Im Gegensatz dazu ist das selektive Lasersintern (SLS) ein weiteres additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Hochleistungslaser kleine Polymerpulverpartikel verschmilzt. Der Laser sintert das pulverförmige Material selektiv, indem er den Querschnitt des Objekts auf das Pulverbett überträgt. Nach jeder Schicht wird das Pulverbett abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgetragen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Objekt vollständig geformt ist. [2]
Sowohl FDM als auch SLS verwenden Kunststoff, worin besteht der Unterschied?
FDM-Filamente : Die FDM-Technologie nutzt einen durchgehenden Strang aus thermoplastischem Filament, der geschmolzen und durch eine beheizte Düse extrudiert wird, um Objekte Schicht für Schicht aufzubauen. Die in der FDM-Technologie verwendeten Filamente bestehen typischerweise aus Standardthermoplasten wie ABS, PLA, TPU, PC, Nylon und verschiedenen Mischungen. Sie sind bekannt für ihre einfache Handhabung und Vielseitigkeit bei der Herstellung langlebiger Bauteile.
Hier finden Sie den Leitfaden zu FDM-Materialien.
SLS-Kunststoffe : Im Gegensatz zum herkömmlichen SLS-Verfahren, bei dem keine Filamente verwendet werden, kommt beim SLS-Verfahren ein feines Pulver aus thermoplastischen Polymeren zum Einsatz. Ein Hochleistungslaser verschmilzt dieses Pulver Schicht für Schicht zu festen Strukturen. SLS-Kunststoffe bieten eine größere Materialauswahl, darunter verschiedene Nylonarten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, und ermöglichen die Herstellung komplexerer Geometrien.
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SLS-Metalle : Neben Kunststoffen umfasst die SLS-Technologie auch die Verwendung von Metallpulvern, beispielsweise Nylonmaterialien mit Aluminium.
Wie funktionieren sie?
Der FDM-3D-Druckprozess beginnt mit einem digitalen Modell, das mithilfe von Software in dünne horizontale Schichten unterteilt wird.
Während des Druckvorgangs wird thermoplastisches Filament von einer Spule abgezogen und in eine Extrusionsdüse eingeführt. Die Düse wird auf die richtige Temperatur erhitzt, um das Material zu verflüssigen und es Schicht für Schicht auf die Bauplattform aufzutragen.
Die Düse kann horizontal und vertikal bewegt werden, gesteuert von einem Computer anhand einer digitalen Vorlage. Beim Abkühlen erstarrt das Material und bildet eine stabile Struktur. Dieser Vorgang wird wiederholt, um das Objekt Schicht für Schicht aufzubauen, bis es fertiggestellt ist.
Bildquelle: MANUFACTUR3D
Beim SLS-3D-Druckverfahren verschmilzt ein Hochleistungslaser pulverförmige Materialien (üblicherweise Kunststoff oder Metall) zu einer festen Struktur.
Zunächst verteilt der Drucker eine dünne Pulverschicht auf der Bauplattform. Anschließend scannt der Laser die Oberfläche und schmilzt die Partikel, um eine einzelne Schicht des Objekts zu erzeugen.
Anschließend wird die Plattform abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgetragen. Dieser Lasersinterprozess wiederholt sich Schicht für Schicht, bis das gesamte Objekt fertiggestellt ist. Im Gegensatz zum FDM-Verfahren benötigt das SLS-Verfahren keine Stützstrukturen, da das ungesinterte Pulver das Objekt während des Druckvorgangs stützt.
FDM- und SLS-Anwendungen
FDM-Anwendungen
● Prototypenentwicklung : Das FDM-Verfahren wird häufig zur schnellen Erstellung von Prototypen eingesetzt, um Design, Passform und Funktionalität zu bewerten.
● Kundenspezifische Fertigungswerkzeuge : Dieses Werkzeug wird zur Herstellung kundenspezifischer Fertigungshilfsmittel wie Vorrichtungen und Lehren eingesetzt, wodurch die Produktionseffizienz gesteigert wird.
● Direkte digitale Fertigung : FDM ist in der Lage, langlebige Bauteile herzustellen, die für den Endeinsatz bereit sind, insbesondere bei kundenspezifischer oder Kleinserienfertigung.
● Bildungsmodelle : Bildungseinrichtungen nutzen FDM zur Herstellung von Modellen, die beim Unterrichten verschiedener Fächer, von Ingenieurwesen bis Kunst, helfen.
● Modelle im Gesundheitswesen : Im Gesundheitswesen ist FDM maßgeblich an der Erstellung patientenspezifischer anatomischer Modelle für die chirurgische Planung und die medizinische Ausbildung beteiligt.
SLS-Anwendungen
● Komplexe Endprodukte : SLS eignet sich ideal für Bauteile, die eine hohe Komplexität und Haltbarkeit erfordern, wie sie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Automobilindustrie eingesetzt werden.
● Medizinprodukte : Maßgefertigte Prothesen und orthopädische Implantate werden mittels SLS hergestellt, da dieses Verfahren mit biokompatiblen Materialien arbeitet.
● Funktionale Prototypenerstellung : SLS wird verwendet, um funktionale Prototypen zu erstellen, die strengen Tests standhalten können.
● Kundenspezifische Fertigung : Die Fähigkeit von SLS, kleine Serien kundenspezifischer Teile herzustellen, macht es zur bevorzugten Wahl für personalisierte Produkte.
● Architekturmodelle : Mit SLS lassen sich detaillierte Architekturmodelle erstellen, die eine greifbare Darstellung von Designkonzepten ermöglichen.
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Referenzen:
[1] Patar, Azmi, et al. "Entwicklung einer dynamischen Knöchel-Fuß-Orthese für therapeutische Anwendungen." 2012, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.332.
[2] Color Jet Printing | Proto21. https://proto21.ae/color-jet-printing
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