Additive Fertigung mit Fused Deposition Modeling

Additive Fertigung mit Fused Deposition Modeling (FDM) – Zukunft der Kunststoffverarbeitung

Die additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren zu einer Schlüsseltechnologie in der industriellen Produktion entwickelt. Als Gegenstück zur subtraktiven Fertigung, bei der Material entfernt wird, basiert die additive Fertigung auf dem schichtweisen Aufbau von Bauteilen. Besonders beliebt ist das Verfahren des Fused Deposition Modeling (FDM), auch als Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt. Diese Technologie ermöglicht die kosteneffiziente Herstellung von Prototypen, Funktionsbauteilen und sogar Serienteilen aus thermoplastischen Kunststoffen.

Unternehmen setzen verstärkt auf industrielle 3D-Drucklösungen, um Entwicklungszeiten zu verkürzen, Produktionskosten zu senken und individuelle Geometrien umzusetzen. Ob in der Architektur, im Maschinenbau oder der Medizintechnik – FDM ist aus der modernen Fertigungslandschaft nicht mehr wegzudenken.

Was ist Fused Deposition Modeling (FDM)?

Fused Deposition Modeling ist ein Schmelzschichtverfahren, bei dem ein thermoplastischer Kunststoff (Filament) durch eine beheizte Düse extrudiert und schichtweise auf einer Bauplattform abgelegt wird. Schicht für Schicht entsteht so ein dreidimensionales Objekt.

Wichtige Merkmale des FDM-Verfahrens:

• Kostengünstige Drucktechnologie mit geringer Einstiegshürde
• Ideal für Prototyping, Funktionsmuster und Kleinserien
• Kompatibel mit einer Vielzahl an Kunststoffen wie PLA, ABS, PETG oder ULTEM

Vorteile der additiven Fertigung mit FDM

Warum FDM eine attraktive Lösung für Industrie und Entwicklung ist?

• Kosteneffizienz: Geringe Materialkosten und preiswerte Drucker machen FDM attraktiv für Start-ups und KMUs.
• Flexibilität im Design: Komplexe Geometrien und individuelle Bauteile lassen sich ohne Formen oder Werkzeuge fertigen.
• Schnelle Verfügbarkeit: Dank Rapid Prototyping sind Designs in kürzester Zeit testbereit.
• Wenig Materialverlust: Nur das benötigte Material wird verarbeitet – nachhaltig und effizient.
• Skalierbar: Von Einzelexemplaren bis hin zu Kleinserien möglich – auch als Online-Service nutzbar.

Materialien im FDM-Druck – Kunststoffvielfalt für jede Anwendung

Häufig verwendete Filamente im industriellen FDM-Druck

Die Wahl des richtigen Druckmaterials ist entscheidend für die Qualität, Funktionalität und Langlebigkeit eines Bauteils. Im industriellen Umfeld kommen verschiedene Filamente zum Einsatz, die jeweils spezifische Eigenschaften und Vorteile mit sich bringen:

• PLA (Polylactid):
  PLA ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der sich besonders einfach verarbeiten lässt. Aufgrund seiner geringen Verformung beim Drucken ist PLA ideal für Architekturmodelle, Anschauungsobjekte und Prototypen geeignet. Es ist zwar weniger temperaturbeständig, überzeugt jedoch durch seine Nachhaltigkeit und einfache Handhabung.
• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol):
  ABS ist deutlich robuster als PLA und bietet eine hohe Schlagfestigkeit sowie gute Hitzebeständigkeit. Es wird häufig für Gehäuseteile, technische Komponenten und mechanisch beanspruchte Bauteile eingesetzt. Die Nachbearbeitung, z. B. durch Schleifen oder chemisches Glätten mit Aceton, ist problemlos möglich.
• PETG (Polyethylenterephthalat Glykol):
  PETG vereint die Vorteile von PLA und ABS. Es ist zäh, leicht zu verarbeiten, chemikalienbeständig und besitzt eine gute Transparenz. Damit eignet es sich für funktionale Prototypen, transparente Gehäuse oder Behälter in der Lebensmittelindustrie.
• TPU (Thermoplastisches Polyurethan):
  TPU ist ein flexibles und gummiartiges Material, das für Anwendungen mit hoher Elastizität oder Stoßdämpfung verwendet wird. Beispiele sind Dichtungen, Schutzhüllen, Schwingungselemente und ergonomische Bauteile.
• ULTEM (Polyetherimid, PEI):
  ULTEM zählt zu den Hochleistungskunststoffen und ist extrem temperatur-, chemikalien- und flammenbeständig. Es wird vor allem in der Luftfahrt, Medizintechnik und bei sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt. Der Druck erfordert industrielle 3D-Drucker mit beheizter Druckkammer und präziser Temperaturkontrolle.
• Nylon (PA):
  Nylon ist ein zäher, abriebfester Werkstoff, der sich für funktionale Teile mit hoher mechanischer Belastung eignet. Es weist eine hohe Schlagzähigkeit und eine gewisse Flexibilität auf – ideal für technische Komponenten.

Anwendungsbereiche der FDM-Technologie

Wo FDM heute schon zum Einsatz kommt?

Fused Deposition Modeling wird branchenübergreifend eingesetzt – von der Produktentwicklung bis zur Kleinserienfertigung. Hier sind die wichtigsten Anwendungsfelder:

• Industrie & Maschinenbau:
  FDM ermöglicht die schnelle und kostengünstige Herstellung funktionaler Prototypen, Vorrichtungen, Halterungen und Produktionshilfen. Bauteile lassen sich direkt aus CAD-Daten drucken und auf Passform und Funktion testen – ein zentraler Vorteil im Rapid Prototyping.
• Automobilindustrie:
  In der Fahrzeugentwicklung werden häufig Designstudien, Montagehilfen oder Kleinteile per FDM hergestellt. ABS und ULTEM bieten die nötige Festigkeit und Temperaturbeständigkeit für den Einsatz unter realen Bedingungen.
• 3D-Druck in der Architektur:
  Architekturbüros nutzen FDM-Drucker, um maßstabsgetreue Gebäudemodelle, Fassadenelemente oder Formstudien zu produzieren. PLA eignet sich durch seine hohe Detailtreue und einfache Verarbeitung besonders für visuelle Präsentationen.
• Medizintechnik & Dentaltechnik:
  Die Herstellung individueller Komponenten wie chirurgischer Instrumente, Bohrschablonen oder dentaler Modelle ist mit FDM effizient und präzise möglich. Biokompatible Filamente kommen hier zum Einsatz.
• Luft- und Raumfahrt:
  Bauteile aus Hochleistungskunststoffen wie ULTEM oder Nylon finden Anwendung in Kabinenausstattungen, Funktionsträgern und strukturellen Komponenten – dank der Materialeigenschaften bei geringem Gewicht.
• Bildung & Forschung:
  In Universitäten, Schulen und Labors dient FDM dem schnellen Aufbau von Prototypen, Versuchsmodellen und Experimenten. Die Technologie unterstützt praktisches Lernen und agile Entwicklung.
• Verpackungs- und Konsumgüterindustrie:
  Für die Fertigung von Verpackungslösungen, Produktverpackungen oder Designgehäusen ist FDM ein schneller Weg zur Visualisierung und Funktionstestung neuer Ideen.

Industrielle 3D-Drucker: FDM auf professionellem Niveau

Merkmale professioneller FDM-Systeme

Industrielle FDM-Drucker – z. B. von Stratasys – bieten erweiterte Funktionen für den Dauereinsatz im Produktionsumfeld:

• Großes Bauvolumen für großformatige Objekte
• Beheizte Druckkammern zur Verbesserung der Schichthaftung
• Automatisierter Materialwechsel
• Kompatibilität mit Hochleistungspolymeren
• Netzwerkintegration und Fernsteuerung

Fazit: FDM als Herzstück der additiven Fertigung

Fused Deposition Modeling hat sich als robustes und vielseitiges Verfahren in der additiven Fertigung etabliert. Durch einfache Handhabung, kosteneffiziente Materialien und eine breite Auswahl an Druckern ist FDM für Einsteiger genauso geeignet wie für industrielle Anwendungen. Wer Prototypen, Serienteile oder architektonische Modelle effizient und flexibel herstellen möchte, findet in der FDM-Technologie eine verlässliche Lösung.