Additive Fertigung wird oft als eigenständige Technologie wahrgenommen — tatsächlich ist sie aber ein ganz normaler Teil der klassischen Fertigungssystematik. Nach DIN 8580 gehört sie zur Hauptgruppe Urformen: Ein Bauteil entsteht aus einem formlosen Ausgangsstoff (Flüssigkeit, Pulver, Granulat), ohne dass Material subtraktiv entfernt wird. Der Unterschied zum klassischen Urformen wie Gießen ist nur die Art, wie die Form entsteht: nicht durch eine Kavität, sondern schichtweise, gesteuert durch ein digitales 3D-Modell.
International hat sich für die Systematik der Standard ISO/ASTM 52900 durchgesetzt. Er unterteilt additive Fertigung in sieben Prozesskategorien — daran orientiert sich auch dieser Artikel.
Warum additive Fertigung zum Urformen zählt
Beim klassischen Urformen (z. B. Gießen, Sintern, Spritzgießen) wird ein formloser Stoff durch eine Kavität oder ein Werkzeug in Form gebracht. Additive Verfahren ersetzen das Werkzeug durch eine gesteuerte, ortsselektive Verfestigung — Schicht für Schicht. Es entsteht kein Abfall im klassischen Sinn (abgesehen von Stützstrukturen und, je nach Verfahren, überschüssigem Pulver), und es ist kein Formwerkzeug nötig. Das unterscheidet additive Fertigung fundamental vom Trennen (z. B. Fräsen), wo aus einem Vollmaterial Späne abgetragen werden, um die Form freizulegen.
Die sieben Verfahrenskategorien nach ISO/ASTM 52900
1. Vat Photopolymerisation (VPP) — Photopolymerisation im Bad
Prinzip: Ein flüssiges Photopolymerharz wird in einem Becken punkt- oder flächenweise durch UV-Licht ausgehärtet (polymerisiert). Schicht für Schicht entsteht so das Bauteil, meist kopfüber aus einer Bodenwanne herausgezogen.
| Kürzel | Ausgeschrieben | Besonderheit |
|---|---|---|
| SLA | Stereolithography (Stereolithografie) | Ältestes 3D-Druck-Verfahren überhaupt (Chuck Hull, 1986). Ein Laser zeichnet die Kontur Punkt für Punkt nach — langsamer, aber sehr präzise. |
| DLP | Digital Light Processing | Ein Projektor (DMD-Chip) belichtet eine ganze Schicht auf einmal. Deutlich schneller als SLA, da die Belichtungszeit unabhängig von der Bauteilkomplexität ist. |
| LCD / MSLA | Masked Stereolithography | Ein LCD-Panel maskiert ein UV-LED-Array — technisch verwandt mit DLP, aber deutlich günstiger in der Anschaffung. Dominiert mittlerweile den Desktop-Resin-Markt. |
| CLIP | Continuous Liquid Interface Production | Patentierte Technologie von Carbon: ein sauerstoffdurchlässiges Fenster verhindert das Aushärten direkt an der Bodenfolie, wodurch kontinuierlich statt schichtweise gedruckt werden kann — deutlich schneller. |
Materialien: Epoxid- und acrylatbasierte Photopolymerharze, teils mit Keramik- oder Wachsanteil für Spezialanwendungen.
Stärken: Sehr feine Details, glatte Oberflächen, hohe Maßgenauigkeit.
Schwächen: Bauteile oft spröde und UV-empfindlich, benötigen meist eine UV-Nachhärtung (Post-Curing), Stützstrukturen nötig, Harz ist gesundheitlich nicht unbedenklich (Handschuhe, Belüftung).
Typische Anwendung: Prototypen mit hohen Anforderungen an Oberfläche, Dentalmodelle, Gussmodelle für den Schmuckguss, Miniaturen.
2. Material Extrusion (MEX) — Materialextrusion
Prinzip: Ein thermoplastisches Filament wird erhitzt, durch eine Düse gedrückt und schichtweise aufgetragen. Das mit Abstand bekannteste und am weitesten verbreitete Verfahren.
| Kürzel | Ausgeschrieben | Besonderheit |
|---|---|---|
| FDM | Fused Deposition Modeling | Markenrechtlich geschützter Begriff von Stratasys (Patent seit 1989, mittlerweile ausgelaufen). |
| FFF | Fused Filament Fabrication | Funktional identisches Verfahren, aber markenrechtlich freier Begriff — entstanden in der RepRap-/Open-Source-Community, um FDM nicht verwenden zu müssen. In der Praxis synonym gebraucht. |
Materialien: PLA, ABS, PETG, TPU (flexibel), Nylon/PA, PC, sowie faserverstärkte Compounds (z. B. carbonfaserverstärktes Nylon).
Stärken: Günstige Hardware, riesige Materialauswahl, einfacher Materialwechsel, robuste Funktionsbauteile möglich.
Schwächen: Sichtbare Schichtlinien, anisotrope Festigkeit (in Z-Richtung schwächer als in der Druckebene), Überhänge benötigen Stützstrukturen.
Typische Anwendung: Rapid Prototyping, Vorrichtungen und Lehren, Kleinserien von Funktionsteilen, Hobbybereich.
3. Powder Bed Fusion (PBF) — Pulverbettfusion
Prinzip: Eine dünne Pulverschicht wird aufgetragen und selektiv durch Laser oder Elektronenstrahl aufgeschmolzen oder gesintert. Das umgebende, nicht verfestigte Pulver stützt das Bauteil während des Drucks — bei Kunststoffpulver entfallen dadurch oft klassische Stützstrukturen komplett.
| Kürzel | Ausgeschrieben | Besonderheit |
|---|---|---|
| SLS | Selective Laser Sintering | Kunststoffpulver (meist PA12) wird durch einen Laser gesintert, nicht vollständig aufgeschmolzen. Selbststützend im Pulverbett. |
| SLM | Selective Laser Melting | Metallpulver wird durch einen Laser vollständig aufgeschmolzen — im Gegensatz zu SLS entsteht eine nahezu dichte, geschmolzene Struktur. |
| DMLS | Direct Metal Laser Sintering | Markenname von EOS für ein Verfahren, das technisch weitgehend SLM entspricht (vollständiges Aufschmelzen trotz des Namens „Sintering”). Die Begriffe SLM und DMLS werden in der Praxis oft synonym verwendet. |
| EBM | Electron Beam Melting | Statt eines Lasers schmilzt ein Elektronenstrahl das Metallpulver im Vakuum. Höhere Prozesstemperaturen führen zu geringeren Eigenspannungen — verbreitet bei Titanlegierungen (z. B. Implantate, Luftfahrt). |
| MJF | Multi Jet Fusion (HP) | Streng genommen ein Hybridverfahren: Statt eines Lasers werden ein Fusing Agent und ein Detailing Agent per Inkjet auf das Pulverbett aufgebracht, anschließend fusioniert eine Infrarotlampe die Schicht. Wird meist in der Nähe von PBF eingeordnet. |
Materialien: PA11, PA12, TPU (SLS); Titan, Aluminium, Werkzeugstahl, Edelstahl, Kobalt-Chrom, Inconel (SLM/DMLS/EBM).
Stärken: Komplexe, hohlraumreiche Geometrien möglich, bei Metall nahezu Schmiedequalität erreichbar, bei SLS keine Stützstrukturen nötig.
Schwächen: Teure Anlagen, aufwendige Pulverhandhabung (bei Metallpulver auch Explosionsgefahr durch Staub), raue Oberflächen, oft Nachbehandlung nötig (z. B. HIP zum Schließen von Restporosität).
Typische Anwendung: Funktionsbauteile in Endqualität, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik (Implantate), Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung.
4. Material Jetting (MJT) — Materialauftrag durch Jetting
Prinzip: Feinste Tröpfchen aus flüssigem Material werden wie bei einem Tintenstrahldrucker punktgenau aufgebracht und anschließend ausgehärtet (meist per UV-Licht) oder erstarren durch Abkühlung.
| Kürzel | Ausgeschrieben | Besonderheit |
|---|---|---|
| PolyJet | (Markenname, Stratasys) | Photopolymer-Tröpfchen werden aufgejettet und sofort per UV-Licht gehärtet. Ermöglicht Mehrmaterial- und Mehrfarbdruck in einem einzigen Bauteil. |
| DOD | Drop-on-Demand | U. a. für Wachsdruck genutzt, etwa zur Herstellung von Gussmodellen für den Feinguss. |
Stärken: Sehr hohe Auflösung, Mehrmaterial- und Vollfarbdruck in einem Bauvorgang, glatte Oberflächen.
Schwächen: Materialien oft spröde, vergleichsweise teuer, UV-empfindliche Bauteile altern.
Typische Anwendung: Realistische Designmodelle, medizinische Anschauungsmodelle, Verifikation von Mehrmaterial-Baugruppen.
5. Binder Jetting (BJT) — Bindemittel-Jetting
Prinzip: Statt Wärme wird ein flüssiges Bindemittel selektiv in ein Pulverbett (Metall, Sand, Keramik, Gips) eingedüst, das die Pulverkörner an den gewünschten Stellen verklebt. Es findet kein Aufschmelzen statt — ein „kaltes” Verfahren.
Bei Metallpulver: Es entsteht zunächst ein poröses „Grünteil” (Green Part), das anschließend entbindert und gesintert wird — ähnlich der Prozesskette beim Metallpulverspritzguss (MIM). Dabei schrumpft das Bauteil um etwa 15–20 %, was bei der Konstruktion einberechnet werden muss.
Bei Sand: Direktes Drucken von Gussformen und Kernen für den klassischen Sandguss — inzwischen ein etabliertes Verfahren im Prototypen- und Kleinserienguss.
Stärken: Schnell, keine thermischen Eigenspannungen während des Drucks, große Bauräume möglich, bei Gips auch Vollfarbdruck.
Schwächen: Metallbauteile benötigen zwingend eine Sinterung (geringere Enddichte als SLM, sofern nicht nachverdichtet), Grünteile sind mechanisch empfindlich.
Typische Anwendung: Sandgussformen und -kerne, komplexe Metallbauteile zu geringeren Kosten als SLM, Vollfarb-Anschauungsmodelle.
6. Sheet Lamination (SHL) — Schichtlaminierung
Prinzip: Dünne Materialbahnen (Papier, Kunststofffolie, Metallfolie) werden Schicht für Schicht zugeschnitten und miteinander verbunden (verklebt, verschweißt oder ultraschallgefügt).
| Kürzel | Ausgeschrieben | Besonderheit |
|---|---|---|
| LOM | Laminated Object Manufacturing | Klassisches Verfahren mit Papier- oder Kunststoffbahnen, die per Laser oder Messer zugeschnitten und verklebt werden. |
| UAM | Ultrasonic Additive Manufacturing | Metallfolien werden per Ultraschall kaltverschweißt — dadurch lassen sich sogar Sensoren oder Kabel während des Drucks einbetten. |
Stärken: Schnell, geringe Materialkosten (insbesondere Papier), Einbetten von Fremdkomponenten möglich.
Schwächen: Eingeschränkte Materialauswahl, geringere Genauigkeit, mehr Verschnitt als bei anderen Verfahren.
Typische Anwendung: Kostengünstige Anschauungsmodelle, Prototypen mit eingebetteter Elektronik.
7. Directed Energy Deposition (DED) — Direktenergie-Abscheidung
Prinzip: Metallpulver oder -draht wird gezielt in einen Energiestrahl (Laser, Elektronenstrahl oder Lichtbogen) eingebracht und direkt auf einem Substrat aufgeschmolzen — ähnlich einem hochpräzisen Auftragschweißen. Im Gegensatz zu PBF wird kein Pulverbett benötigt, das Material wird direkt an der Auftragsstelle zugeführt.
| Kürzel | Ausgeschrieben | Besonderheit |
|---|---|---|
| LENS | Laser Engineered Net Shaping | Markenname von Sandia National Laboratories/Optomec: Laser schmilzt über eine Düse zugeführtes Metallpulver direkt auf dem Substrat auf. |
| WAAM | Wire Arc Additive Manufacturing | Nutzt klassische Lichtbogen-Schweißprozesse (MIG/WIG) mit Drahtvorschub statt Pulver. Deutlich höhere Aufbauraten, dafür geringere Detailauflösung — geeignet für große Strukturen. |
| LMD | Laser Metal Deposition (auch Laserauftragschweißen) | Wird häufig zur Reparatur oder Beschichtung bestehender Bauteile eingesetzt, nicht nur zum Neuaufbau. |
Stärken: Sehr große Bauteile möglich, hohe Aufbauraten (besonders WAAM), ideal zur Reparatur bestehender Komponenten (z. B. Turbinenschaufeln).
Schwächen: Geringere Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität, hoher Nachbearbeitungsaufwand (spanende Endbearbeitung meist zwingend nötig), hohe Eigenspannungen durch den Wärmeeintrag.
Typische Anwendung: Reparatur von Turbinenschaufeln und Werkzeugen, große Luft- und Raumfahrtstrukturen, Beschichtung verschleißbelasteter Flächen.
Begriffe rund um den additiven Alltag
- Slicing: Software zerlegt ein 3D-Modell (meist STL- oder 3MF-Format) in einzelne Schichten und erzeugt daraus den Maschinencode (G-Code) für den Drucker.
- Baurichtung (Build Orientation): Die Ausrichtung des Bauteils im Bauraum beeinflusst Festigkeit, Stützstrukturbedarf und Oberflächenqualität erheblich.
- Stützstrukturen (Supports): Bei den meisten Verfahren nötig, um Überhänge während des Drucks abzustützen — Ausnahmen sind u. a. SLS und Binder Jetting, wo das umgebende Pulver diese Funktion übernimmt.
- Schichtdicke (Layer Height): Typischerweise zwischen 0,05 mm (hochauflösende Harzverfahren) und 0,3 mm (FDM), bei DED auch deutlich darüber.
- Infill: Innerer Füllgrad und Füllmuster bei extrusionsbasierten Bauteilen — beeinflusst Gewicht, Materialverbrauch und Festigkeit.
- Grünteil / Braunteil (Green Part / Brown Part): Zwischenzustände in pulverbasierten Sinterprozessen (Binder Jetting, MIM) — das Grünteil ist das noch ungesinterte, gebundene Bauteil, das Braunteil das teilentbinderte Zwischenprodukt vor dem finalen Sintern.
- Nachbearbeitung (Post-Processing): Sammelbegriff für alle Schritte nach dem eigentlichen Druck — UV-Nachhärtung, Sintern, HIP (Hot Isostatic Pressing, zum Schließen von Restporosität), Entfernen von Stützstrukturen, Kugelstrahlen, spanende Endbearbeitung.
- Rapid Prototyping vs. Rapid Tooling vs. Direct Manufacturing: Drei Einsatzzweck-Kategorien derselben Technologie — vom schnellen Anschauungsmodell über additiv gefertigte Werkzeugeinsätze bis zur additiven Serienfertigung von Endbauteilen.
Abkürzungs-Glossar zum schnellen Nachschlagen
| Kürzel | Bedeutung | Kategorie |
|---|---|---|
| VPP | Vat Photopolymerisation | Prozessklasse |
| SLA | Stereolithography | Vat Photopolymerisation |
| DLP | Digital Light Processing | Vat Photopolymerisation |
| LCD/MSLA | (Masked) Liquid Crystal Display | Vat Photopolymerisation |
| CLIP | Continuous Liquid Interface Production | Vat Photopolymerisation |
| MEX | Material Extrusion | Prozessklasse |
| FDM | Fused Deposition Modeling | Material Extrusion |
| FFF | Fused Filament Fabrication | Material Extrusion |
| PBF | Powder Bed Fusion | Prozessklasse |
| SLS | Selective Laser Sintering | Powder Bed Fusion |
| SLM | Selective Laser Melting | Powder Bed Fusion |
| DMLS | Direct Metal Laser Sintering | Powder Bed Fusion |
| EBM | Electron Beam Melting | Powder Bed Fusion |
| MJF | Multi Jet Fusion | Powder Bed Fusion (Hybrid) |
| MJT | Material Jetting | Prozessklasse |
| DOD | Drop-on-Demand | Material Jetting |
| BJT | Binder Jetting | Prozessklasse |
| SHL | Sheet Lamination | Prozessklasse |
| LOM | Laminated Object Manufacturing | Sheet Lamination |
| UAM | Ultrasonic Additive Manufacturing | Sheet Lamination |
| DED | Directed Energy Deposition | Prozessklasse |
| LENS | Laser Engineered Net Shaping | Directed Energy Deposition |
| WAAM | Wire Arc Additive Manufacturing | Directed Energy Deposition |
| LMD | Laser Metal Deposition | Directed Energy Deposition |
| HIP | Hot Isostatic Pressing | Nachbearbeitung |
| MIM | Metal Injection Molding | Verwandtes Verfahren |