Die Anzahl verfügbarer Materialien für den 3D Druck bzw. die additive Fertigung steigt mit rasanter Geschwindigkeit. Es handelt sich im Wesentlichen um Metalle, Kunststoffe oder sonstige Materialien wie z.B. Sand oder Holz, wobei diese meist auch mit einem Kunststoff gebunden werden. Auf dieser Seite versuchen wir die wichtigen Materialien zu erklären und dabei Ihre positiven und negativen Eigenschaften hervorzuheben. Da es aufgrund der hohen Anzahl an Materialien automatisch sehr unübersichtlich wird, empfehlen wir für die Auswahl eines Material das Beratungstool auf der Startseite.

Materialien

Hier werden die unterschiedlichen verfügbaren Materialien für die additive Fertigung vorgestellt:

Metalle

Unter den Metallen unterscheiden wir aufgrund der bislang eingeschränkten Verfügbarkeit an Materialien derzeit nur in Stähle und NE-Metalle. Innerhalb der Stähle wird in allgemeine Stähle und rostfreie Stähle unterteilt. Innerhalb der NE-Metalle findet eine weitere Unterteilung in Leichtmetalle und Schwermetalle statt.

Stahl

Innerhalb der Stähle unterscheiden wir vorerst in allgemeine Stähle und solche, die als rostfreie Stähle bezeichnet werden. Es gibt sowohl unter den rostfreien als auch bei den allgemeinen Stähle sehr große Unterschiede besonders Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften. Um den besten Werkstoff für ein bestimmtes Bauteil zu wählen, sollte daher sorgfältig ausgewählt werden. Die allgemeinen Stähle finden vorwiegend in der Herstellung von komplexem Maschinenbauteilen Anwendung. Wenn keine besonderen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt werden, kann ein Werkzeugstahl verwendet werden. Dieser lässt sich durch Wärmebehandlung in seinen Eigenschaften noch nach dem Druck genau einstellen. Bei den rostfreien Stählen gibt es Stähle mit den typischen Eigenschaften eines Edelstahls (Zäh, aber relativ weich) aber auch einen Stahl der in Richtung eines Werkzeugstahls geht, aber dennoch sehr gute korrosive Eigenschaften aufweist. Derzeit sind folgende Materialien verfügbar:

1.2709 - Werkzeugstahl

Beim 1.2709 handelt es sich um einen martensitisch aushärtenden Werkzeugstahl mit sehr guten mechanischen Eigenschaften der sich zudem gut wärmebehandeln lässt. Er ist zudem gut zerspanbar und kann dadurch auch nach dem Druck noch gut weiterverarbeitet werden. Nach einer Wärmebehandlung werden festigkeiten von mehr als 1900N/mm² erreicht.

1.4404 - rostfreier Edelstahl

Der Edelstahl 1.4404 weist sehr gute korrosive Eigenschaften auf und eignet sich daher besonders für Anwendungen die im Kontakt mit Wasser oder sonstigen korrosiven Medien stehen. Er unterscheidet sich vom Corrax im wesentlichen durch die deutlich geringeren Festigkeitswerte.

Corrax - rostfreier Werkzeugstahl

Corrax verbindet hervorragende Korrosionsbeständigkeit mit extremer Festigkeit. Für Werkzeuge und mechanisch hoch beanspruchte Teile die gleichzeitig korrosiven Medien ausgesetzt sind die beste Wahl, definitiv aber auch deutlich höher im Preis.

NE-Metalle

Die allgemeinen Stähle finden vorwiegend in der Herstellung von komplexem Maschinenbauteilen Anwendung. Wenn keine besonderen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt werden, kann ein Werkzeugstahl verwendet werden. Dieser lässt sich durch Wärmebehandlung in seinen Eigenschaften noch nach dem Druck genau einstellen. Derzeit sind folgende Materialien verfügbar:

 

Kunststoffe

Einen Großteil der derzeit verfügbaren Materialien für die additive Fertigung machen die Kunststoffe aus. Man unterscheidet klassisch zwischen Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren. Wir unterscheiden zwischen Thermoplasten und sonstigen Elastomeren. Im 3D-Druck finden sich zum Beispiel im Bereich der Thermoplaste viele Kunststoffe die schon lange aus anderen Herstellungsverfahren und Anwendungen bekannt sind. Unter den sonstigen Polymeren finden sich eher Kunststoffe, die spezielle für den 3D-Druck entwickelt wurden und in Ihren Eigenschaften denen bestehender Kunststoffe ähneln (Duroplasten, Elastomere). Die Verbreitung der unterschiedlichen Materialien steigt auch hier extrem schnell, derzeit nehmen die Thermoplaste aufgrund Ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten die überwiegende Rolle in der Verwendung ein. 
 

Thermoplaste

Die Anzahl unterschiedlicher Thermoplaste ist so hoch, dass wir hier niemals auch nur ansatzweise jeden einzelnen erwähnen könnten. Wir beschränken uns deshalb auf die Hauptsorten, von denen es jeweils diverse unterschiedliche Typen je nach Hersteller und genauer Zusammensetzung gibt. Es werden sich immer wieder Lücken in unserer Liste ergeben, die wir versuchen werden mit neuem Wissen zu füllen. Wenn Sie wichtige Materialien hier vermissen sollten, würden wir uns über eine Mitteilung über das Kontaktformular freuen. Die genauen Eigenschaften der einzelnen Werkstoffe sind in unserer Datenbank hinterlegt und werden im Beratungstool abgerufen.

ABS - Acrylnitril-Butadien-Styrol

sehr schlagzäh, bei mittlerer Zugfestigkeit und langzeit Temperaturbeständigkeit

ASA - Acrylnitril-Styrol-Acrylester

ähnliche Eigenschaften wie ABS jedoch deutlich Witterungs und UV beständiger. 

PC/ABS - Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol gemisch

Besitzt die festigkeit und Hitzebeständigkeit von PC und ist dabei ähnlich schlagzäh und flexibel wie ABS

PLA - Polylacetide

Günstiger, biokompatibler Kunststoff mit mäßigen mechanischen Eigenschaften und niedriger Temperaturbeständigkeit. 

ULTEM 1010

Thermoplastischer Kunststoff mit Lebensmittelkontakt-Zertifizierung (NSF 51). Zusätzlich Biokompatibel nach ISO 10993/USP Class VI und schwer entflammbar nach UL94-V0. Sehr gute chemikalienbeständigkeit und hitzebeständig bis 216°C 

ULTEM 9085 - Polyetherimide

Thermoplastischer Kunststoff mit guter chemischer Beständigkeit. Dauerhaft flammhemmend nach UL94-V0 und hitzebeständig bis 153°C nach FST-Sicherheitsstandards

PA-12 - Polyamid

Als Nylon bekannt. Sehr gute mechanische Eigenschaften, hohe Dichte und gute Festigkeit. Je nach Drucktechnik können sehr gute Oberflächen erreicht werden. 

PA-12 (glasfaserverstärkt) - Polyamid mit glasperlen Verstärkung

Ähnliche Eigenschaften wie reines Nylon jedoch noch etwas steifer und fester. Dafür sinkt durch den Glasanteil von 40% die Bruchdehnung.  

Primecast101 - Polystyrol Basis

Speziell für den Feinguss entwickeltes Material. Sehr hohe Maßhaltigkeit und gute Oberflächenqualität bei einem geringem Rest-Asche Gehalt. Dadurch perfekt als Urmodell zur Verbrennung in verlorener Form geeignet. 

PA-AL - Polyamid mit Aluminium

Nylon mit metallischer Optik. Durch den Aluminiumanteil hat es eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit und ist bedingt elektrisch leitfähig. Hohe Steifigkeit und gute Nachbearbeitungsmöglichkeiten. 

sonstige Polymere

Die Thermoplaste machen derzeit zwar den Großteil der verwendeten Werkstoffe aus, können mit Ihren Eigenschaften zum Teil aber nicht alles darstellen. Besonders Ihre „thermoplastischen“ Eigenschaften lassen viele der Werkstoffe für Einsätze unter erhöhten Temperaturen ausscheiden. Dafür kommen Polymere zum Einsatz, die meist als flüssiger Rohstoff in unterschiedlichen Verfahren durch Licht ausgehärtet werden. Die Polymerisation wird durch das UV-Licht angeregt und die Flüssigkeit in einer definierten Schichtstärke ausgehärtet.  Somit lassen sich sehr komplexe Bauteile aus zum Teil extrem temperaturbeständigen aber auch extrem harten oder besonders durchsichtigen Werkstoffen in nahezu homogenem Aufbau herstellen. Im folgenden sind die wichtigsten Photopolymere aber auch ein paar weitere spezial-Polymere erklärt.

VisiJet PXL - Gipspolymer mit flussigem Binder

Die VisiJet Materialien von 3DSystems können diverse Eigenschaften annehmen. Sie werden im ColorJetPrinting Verfahren verarbeitet. Dabei wird ein Gipspolymer schichtweise aufgetragen und mittels eines Tintenstrahls partiell mit Binder getränkt. Der Binder wird ausgehärtet bevor die nächste Schicht aufgetragen wird. Da der Tintenstrahl wie beim 2D Druck diverse Farben darstellen kann, sind mit der CJP Technik vollfarbige Modelle möglich. Zusätzliche Infiltrationen nach dem Druck erhöhen die Farbstabilität oder verbessern die mechanischen Eigenschaften des Objekts. Je nach Anforderung sind unterschiedliche Infiltrate verfügbar.

Agilus30 - Gummiartiges Material

Das Agilus30 von Stratasys ist gummiartig und in seiner Grundausführung schwarz mit einer Shorehärte von ca. 30A. Es ähnelt damit NBR und EPDM. Das Besondere an diesem Material ist, dass sich beim Druck mittels MultiJetModeling die Härte in 10ner Schritten von 30A bis 90A einstellen lässt. Somit können voll funktionsfähige Dichtungen aber auch Muster von Dichtungsprofilen zur Überprüfung von Schließdruck oder ähnlichem hergestellt werden. 

Drucktechniken

Selective Laser Melting (SLM)

Beim Selective Laser Melting werden hauptsächliche Metalle verarbeitet. Wie der Name schon sagt, werden partiell Bereiche aufgeschmolzen. Der Druckraum ist vollständig mit Schutzgas gefüllt, sodass es in der flüssigen Phase des Metalls nicht zu Oxidationen kommt. Beim SLM wird das Modell schichtweise im Pulverbett aufgebaut. Dafür werden Schichten aus Metallpulver aufgetragen, welche dann mittels eines sehr präzisen Laserstrahls in den Bereichen des späteren Bauteils verflüssigt werden. Ist eine Lage fertig verschmolzen, wird der Druckbereich um die Höhe einer Lage abgesenkt und vollflächig eine neue Schicht Pulver aufgetragen. Hierbei ist besonderer Wert auf die Perfektion der Schicht zu legen, da diese ausschlaggebend für die spätere Qualität des Bauteils ist. Die nächste Schicht wird dann mit der darunterliegenden Verschmolzen und so weiter. Durch die komplette Einbettung im Pulver, können sehr komplexe Strukturen mit Überhängen prinzipiell ohne Stützen gedruckt werden. Erforderlich werden Stützen unter Umständen dennoch zur gezielten Wärmeableitung und zur Unterdrückung von thermisch bedingtem Verzug. 

Fused Depostion Modeling (FDM)

FDM ist wohl die älteste und auch die am weitesten verbreitete 3D-Druck-Technik. Bekannt ist Sie vor allem weil günstige Einsteigergeräte auch im Hobbybereich ohne große Kosten eingesetzt werden können. Beim FDM wird ein Kunststoff meist in Form von Filament (1,75mm oder 3mm Schnur) einem Extruder zugeführt und durch diesen aufgeschmolzen. Das aufgeschmolzene Material wird schichtweise Aufgetragen, sodass ein 3-Dimensionales Objekt entsteht. Die Ausbringung kann dabei sehr präzise geregelt werden, wodurch auch im FDM Druck gute Qualitäten und einigermaßen Homogene Bauteile erzeugt werden können. Die Vorstellung, dass viele „lose“ Schnüre nebeneinander gelegt werden ist hier auf jeden Fall veraltet und tritt nur bei sehr schlechten Einstellungen ein. Es gibt sehr viele Materialien für den FDM-Druck, da quasi alle gängigen Thermoplasten verarbeitet werden können. Pauschal lässt sich zu der Druckbarkeit der Materialien sagen, dass ein höherer Schmelzpunkt und die spezifische Thermische Schrumpfung das Drucken erschweren. Deshalb drucken professionelle Drucker komplizierte Materialien im beheizten Bauraum. Wichtig ist in jedem Fall eine gute Haftung der ersten Lage, da sich das Bauteil durch Verzug sonst während des Drucks teilweise oder komplett von der Druckplattform löst und es dadurch zu Problemen beim Druck kommt. Hohlräume können ohne Probleme erzeugt werden, jedoch stellen Überhänge ab 45° zunehmend ein Problem dar. Da die Drucker nur bedingt in der Luft drucken kann, müssen bei Überhängen Stützen gebaut werden. Diese Stützen verbrauchen zum einen Druckzeit und Material, wirken sich aber auch negativ auf die darauf gedruckte Fläche aus. Wenn es konstruktiv möglich ist, empfiehlt es sich, Überhänge zu vermeiden.  

Binder Jetting (BJ)

Beim Binder Jetting werden Pulverförmige Materialien oder Granulate mit Hilfe eines Bindemittels zu einem 3D-Objekt geformt. Dabei werden, wie bei allen Verfahren die im Pulverbett arbeiten, Schichten aufgetragen und dann nach und nach partiell verhärtet. Das Pulver ist beim BJ meisten ein Sand und der Binder kann ein Epoxyd oder ähnlicher Polymer aber auch ein Wachs sein. Die häufigste Anwendung finden BJ gedruckte Teile im Formenbau. Durch BJ ergeben sich in der Gießereitechnik völlig neue Freiheitsgrade, da nicht nur die Außenformen sonder auch die eingelegte Kerne eine nie da gewesene Komplexität aufweisen können. Die Öberfläche ist meistens offenporig und relativ rau, was sich aber durch den Einsatz von speziellen „Schlichten“ deutlich verbessern lässt.