Additive Fertigung, 3D-Druck und subtraktive Fertigung: Was ist der Unterschied?

Additive und subtraktive Fertigung – nicht sicher, was der Unterschied ist? Lesen Sie weiter …

Wenn ich Leuten erzähle, dass ich bei SOLIDWORKS daran arbeite, wurde ich schon viele Male gefragt, was die Bedeutung dieser relativ neuen Begriffe sei. Lassen Sie uns mit der einfachsten Unterscheidung beginnen: Additiv versus subtraktiv.

Additive Fertigung (Additive Manufacturing – AM) ist ein relativ neuer Sammelbegriff für neueste Technologien zur Herstellung von Dingen, die mit nichts beginnen und dann direkt aus 3D-Daten Schicht für Schicht Material aufbauen. Es ist ein Industrienorm-Ausdruck (ASTM F2792 und ISO TC261) für alle Techniken, die diesen Prozess verwenden.

Es gibt sechs oder sieben Arten von AM-Techniken, die jede für sich ziemlich unterschiedlich sind, aber sie schaffen in den meisten Fällen etwas zu produzieren, was mit herkömmlichen Methoden nicht möglich wäre. Sie bringen etwas zustande, was vorher nicht möglich war, weil sie Teile/Komponenten/Produkte/Dinge in einzelnen Schichten aufbauen. Jede Schicht wird mit der vorigen mit einem Bindemittel mittels Schmelzen oder Härten verbunden. Das bietet enormen geometrischen Gestaltungsspielraum, der produziert werden kann, weil kein anderes Material im Weg ist.

Welche Arten der additiven Fertigung gibt es nun?

1. Material Extrusion – Materialextrusion – Allgemein bekannt als das von Stratasys entwickelte FDM-Verfahren oder Fused Deposition Modelling. Ein Materialfilament wird am Schmelzpunkt durch eine erhitzte Düse gepresst und dann angelagert, wo es benötigt wird. Geläufige Analogien sind eine Heißklebepistole oder ein Zuckerguss auf einem Kuchen. Mmmm…Kuchen.
2. Binder Jetting – Strahlen von Bindemittel – das ist die Technologie, woher der Ausdruck 3D-Druck kam, wo ja Tintenstrahldruckerköpfe verwendet werden, die Pulver gezielt binden. Wieder werden jedes Mal einzelne Schichten mit einer weiteren Pulverschicht über die oberste gesprüht. Alles Pulver, das nicht vom Bindemittel erfasst wird, wird vom fertigen Teil weggerüttelt, -geblasen oder -gebürstet.
3. Material Jetting – Strahlen von Material – Wieder wird Tintenstrahltechnologie verwendet, aber dieses Mal wird das Material dort angelagert, wo es gebraucht wird.
4. Powder bed fusion – Verschmelzung im Pulverbett – Das ist genau das gleiche wie Strahlen von Bindemittel, außer dass anstelle eines Bindemittels, das die Körnchen verbindet, ein Laser oder ein Elektronenstrahl sie verschmilzt.
5. Directed Energy Deposition – Gezielte Energieablagerung – Das ist dem FDM-Verfahren ähnlich, es wird aber ein Metalldraht anstelle eines Polymerfilaments verwendet, es kann jedoch auch ein Pulver an die entsprechende Stelle aufgespritzt werden. Das Pulver oder der Draht wird dann geschmolzen und auf die vorherige Schicht oder Oberfläche mit einem Elektronenstrahl oder Laser aufgeschweißt.
6. Vat photo-polymerization – Wannen-Photopolymerisation  – Wie der Name vermuten lässt benötigt man eine Wanne oder einen Behälter oder Photopolymer (flüssiges Harz, das aushärtet, wenn es einer Lichtquelle ausgesetzt wird). Die oberste Schicht der Flüssigkeit wird durch eine Lichtquelle (DLP) oder einen Laser (SLA) ausgehärtet und dann zur Herstellung der nächsten Schicht aus der Flüssigkeit gezogen oder in die Flüssigkeit gegeben (je nach Art der Maschine).
7. Sheet Lamination – Folienlaminierung – Dieses Verfahren ist der Grund, warum ich anfangs sagte, dass es “sechs oder sieben” Arten additiver Fertigungsprozesse gibt. Ich werde darauf noch zurückkommen, da ich meine, dass das technisch gesehen ein subtraktives Verfahren ist.

Beim der subtraktiven Fertigung beginnt man mit einem Block oder einem Materialbarren, der größer ist, als der Teil, den man herstellten will und beschneidet den Block solange (manchmal Schicht für Schicht), bis die gewünschte Form erreicht ist. Das erfolgt durch Fräsen, Bohren oder Drehen zum Beispiel. Also zurück zur Laminierung …

Sheet Lamination – Folienlaminierung– Das ist genau genommen ein subtraktives Verfahren, da es aber Schicht um Schicht bildet, schlüpft es manchmal zu den additiven Prozessen. Es funktioniert so, dass man ein Blatt Papier oder Plastik nimmt oder es könnte theoretisch auch jedes mit einem Laser oder Skalpell in Form geschnittene Blatt Material sein, auf die die nächste in gleicher Größe und Form geschnittene Schicht oben darauf verbunden wird.

Wir haben erarbeitet, dass das subtraktive Verfahren sehr einfach zu definieren ist, während der additive Prozess wegen der vielen unterschiedlichen Vorgänge zwar etwas komplexer, aber ein relativ klarer Begriff ist.

Wie sieht es dann mit dem 3D-Druck aus? Also, der Ausdruck wird oft synonym für additive Fertigung verwendet und wie schon vorher erwähnt kommt er vom Stahlen mit Bindemittel bei der 2D-Drucktechnologie. Jedoch anderes als das Fused Deposition Modelling (FDM)-Verfahren, das von Stratasys markenrechtlich gesichert ist, wurde der Ausdruck 3D-Druck niemals geschützt. Viele Fachleute auf dem Gebiet haben versucht, 3D-Druck von additiver Fertigung zu differenzieren, indem sie ihnen eigene Definitionen zugeordnet haben. Zum Beispiel habe ich Leute sagen hören, dass sich 3D-Druck auf ein einmalig produziertes Stück bezieht, das ein additives Verfahren verwendet, während sich additive Fertigung mehr an in Serienproduktion hergestellte Stücke anlehnt.

Für mich ist jedoch 3D-Druck viel einfacher und rascher auszusprechen und wenn Sie es so oft wie ich sagen und schreiben und tippen müssen, so ist 3DP für 3D-Druck oder AM für additive Fertigung gleichermaßen in Ordnung!

Autor: Mark Rushton