Additive Fertigung bezeichnet eine Gruppe von Fertigungsverfahren, bei denen dreidimensionale Bauteile durch sukzessives Hinzufügen von Material aufgebaut werden – im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren wie Fräsen oder Drehen. In der Kunststoffverarbeitung hat sich eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahrensprinzipien etabliert, die sich hinsichtlich Materialbasis, Auflösung, Aufbaurate und erzielbarer Bauteileigenschaften deutlich unterscheiden. Die Auswahl des geeigneten Verfahrens ist daher keine triviale Entscheidung, sondern erfordert ein systematisches Verständnis der jeweiligen Prozessphysik sowie der spezifischen Anforderungen der Zielanwendung.
Gemeinsam ist allen additiven Verfahren die digitale Prozesskette: Ausgangspunkt ist ein CAD-Modell, das in ein Schichtdatenformat – typischerweise STL oder 3MF – überführt und anschließend durch eine Slicing-Software in einzelne Schichtinformationen zerlegt wird. Diese Schichtdaten steuern den Bauprozess, wobei jede Schicht sequenziell auf die vorherige aufgebracht wird. Die Schichtdicke ist dabei ein zentraler Prozessparameter, der Oberflächenqualität, Bauzeit und mechanische Eigenschaften maßgeblich beeinflusst.
Materialextrusion: das meistverbreitete Verfahren
Das Fused Deposition Modeling (FDM), nach ISO/ASTM 52900 als Materialextrusion klassifiziert, ist das am weitesten verbreitete additive Verfahren für Kunststoffe. Ein thermoplastisches Filament – häufig PLA, ABS, PETG, PA oder Hochleistungsthermoplaste wie PEEK – wird durch eine beheizte Düse gefördert, aufgeschmolzen und schichtweise auf eine Bauplattform aufgetragen. Die Haftung zwischen den Schichten entsteht durch thermische Diffusion und Interdiffusion der Polymerketten an der Kontaktfläche.
Die mechanischen Eigenschaften FDM-gefertigter Bauteile sind ausgeprägt anisotrop: In der Schichtebene (XY-Richtung) liegen die Festigkeitswerte deutlich höher als senkrecht dazu (Z-Richtung). Dieser Effekt resultiert aus der unvollständigen Verschweißung benachbarter Schichten und ist ein grundlegendes Charakteristikum des Verfahrens, das bei der Bauteilauslegung zwingend berücksichtigt werden muss. Prozessparameter wie Extrusionstemperatur, Bauplattformtemperatur, Druckgeschwindigkeit und Infill-Strategie beeinflussen den Anisotropiegrad erheblich.
Für industrielle Anwendungen werden zunehmend Pellet-basierte Extrusionssysteme eingesetzt, die direkt handelsübliche Kunststoffgranulate verarbeiten. Dies senkt die Materialkosten signifikant, ermöglicht den Einsatz eines breiteren Werkstoffspektrums inklusive gefüllter Compounds und erhöht den Materialdurchsatz, kommt jedoch auf Kosten der erzielbaren Detailauflösung.
