Hilfestellung bei der Verfahrensauswahl

Die Additive Fertigung ermöglicht die schichtweise Herstellung dreidimensionaler Bauteile. Neue Materialien eröffnen dabei vielfältige Möglichkeiten, von flammhemmenden Kunststoffen bis hin zu innovativen Metallwerkstoffen wie reinem Kupfer oder Zamak 5 (Zink). Für manche Projekte eignen sich aber auch eher konventionelle Herstellungsverfahren. Der PROTIQ-Marketplace bietet Anwendern einen Überblick über etablierte und neue Fertigungsverfahren sowie transparente Preisvergleiche.

Das richtige Verfahren finden

Die Additive Fertigung unterliegt einer rasanten und kontinuierlichen Weiterentwicklung, wodurch sich Jahr für Jahr neue Möglichkeiten und Potenziale eröffnen. Im Bereich der verfügbaren Kunststoffmaterialien beispielsweise, ermöglichen neue Materialien die Herstellung von Bauteilen mit flammhemmenden und ESD-ableitenden Eigenschaften.

Auch innovative Metallwerkstoffe wie reines Kupfer oder der Serienwerkstoff Zamak 5 (Zink) eröffnen neue Chancen für stromführende Anwendungen oder eine direkte Serienfertigung in Kombination mit Zinkdruckgießen

Für den Anwender gestaltet es sich aufgrund dieser dynamischen Entwicklung jedoch zunehmend schwierig, den Überblick zu behalten und neue Potenziale zu bewerten und zu nutzen. Hier unterstützt der PROTIQ-Marketplace mit einem breiten Portfolio an etablierten und neuen Fertigungsverfahren sowie einer direkten Gegenüberstellung. Alles an einem Ort, transparent und auch direkt im Preis vergleichbar


Für jede Anwendung das passende Fertigungsverfahren

Selbstverständlich ist es von großer Bedeutung, die Additive Fertigung stets im Kontext der klassischen Fertigungsverfahren zu betrachten und zu bewerten. Nur dann, wenn sich ein individueller Anwendungsfall mit den additiven Fertigungsverfahren als wirtschaftlich vorteilhaft gegenüber anderen Fertigungsmethoden erweist, ist eine sinnvolle Umsetzung möglich. Dies trifft üblicherweise bei geringen und mittleren Stückzahlen oder komplexen Bauteilgeometrien zu.

Einfache Geometrien und simple Formen lassen sich oft durch eine spanende Dreh-und-Fräsbearbeitung erzeugen. Dies trifft vor allem dann zu, wenn gleichzeitig auch sehr hohe Anforderungen in Toleranzen und Präzision gelegt werden.

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Bei Anwendungen mit besonders hohen Stückzahlen, eignen sich hingegen die Fertigungsverfahren aus dem Bereich des Gießens besonders gut. Bei Kunststoffen kommt dabei das Kunststoff-Spritzgießen zum Einsatz, das sich durch alle Branchen schon lange als Standard etabliert hat. Maximale Stückzahlen von einigen Millionen Teilen sind hier keine Seltenheit. Metallbauteile in großen Stückzahlen werden üblicherweise im Zink- oder Aluminium-Druck-Guss-Verfahren hergestellt. Das Prinzip und die Stückzahlen sind denen des Kunststoffbereichs ähnlich.

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Das Vakuumgießen bildet ein Zwischenglied von der Additiven Fertigung zur Großserie im Kunststoffspritzgießen. Es eignet sich für die Herstellung geringer Stückzahlen bis zu Serien mittlerer Größe. Das Verfahren stellt eine Möglichkeit dar, die Vorteile additiv hergestellter Einzelstücke oder Kleinserien zu höheren Stückzahlen zu vervielfältigen. Außerdem können die 3D-gedruckte Geometrie eines Bauteils mit den Vorteilen einer sehr großen Auswahl von möglichen Materialeigenschaften kombiniert werden.  

Additive Fertigungsverfahren

Allgemein gliedern sich die Additiven Fertigungsverfahren nach der eingesetzten Technologie und der Form des Ausgangsmaterials. Unterschieden wird in drei große Bereiche: feste, flüssige und pulverförmige Ausgangsmaterialien.  


Das bekannteste und am weitesten verbreitete Fused-Deposition-Modeling Verfahren (FDM, auch bekannt als FFF-Verfahren) findet vor allem im privaten und Low-Cost-Umfeld Anwendung. Es basiert auf dem Aufschmelzen eines festen Kunststofffilaments, das durch eine feine Düse lokal abgelegt wird. Dieses Verfahren ist kostengünstig, weist jedoch eine geringe Bauteilfestigkeit und Detailgenauigkeit auf. Aufgrund seiner eingeschränkten Produktivität eignet es sich eher für geringe Stückzahlen und Bauteile ohne hohe Qualitätsansprüche. 

Für die additive Fertigung mit industriellen Ansprüchen kommen vor allem die flüssigharz- und pulverbasierten Verfahren zum Einsatz. Die harzbasierten additiven Verfahren, wie beispielsweise die Stereolithographie (SLA), ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit hervorragender Detail- und Oberflächenqualität. Dabei werden die Bauteile aus flüssigem, fotoreaktivem Kunstharz erzeugt und Schicht für Schicht durch eine präzise UV-Lichtquelle ausgehärtet. 
Obwohl diese Bauteile bisher aufgrund ihrer geringen Festigkeit und Verformbarkeit hauptsächlich für Prototypen verwendet wurden, können dank neu entwickelter Harze mittlerweile auch hochbelastbare Serien-Bauteile hergestellt werden, z.B. im CLIP-Verfahren oder mit der Hot-Lithographie.

Neue innovative additive Fertigungsverfahren kombinieren die Vorteile des präzisen Harz-3D-Drucks mit der Produktion von hochdetaillierten Bauteilen aus technischer Keramik, reinem Quarzglas oder hochfesten Metallbauteilen. Hierbei wird in einem zweistufigen Prozess zuerst ein sogenannter Grünling aus Harz aufgeabaut, in welchen hohe Anteile aus Keramik, Silikaten oder Metallpartikeln gemischt wurden. Dieser Körper wird anschließend in einem thermischen Brennprozess restlos vom Polymer befreit, sodass ein hochpräzises Bauteil aus reiner technischer Keramik (LCM), echten Quarzglas (LGM) oder filigranem Edelstahl (LMM) zurückbleibt.  

In der industriellen additiven Fertigung von mechanisch belasteten Strukturbauteilen dominieren vor allem die pulverbasierten Verfahren. Die erreichbaren hohen Bauteilfestigkeiten, zusammen mit guter Oberflächenqualität und hoher Designfreiheit bilden hier eine ideale Kombination. Zusätzlich verfügen die Verfahren über eine hohe Produktivität.

Bei der additiven, pulverbettbasierten Herstellung von Kunststoffbauteilen dominieren zwei Verfahren den Markt: das Selektive Lasersintern (SLS) und das Multijet Fusion (MJF). Bei beiden Verfahren werden die Bauteile aus feinem Kunststoffpulver erzeugt, das mithilfe einer starken Lichtquelle (Laser oder Stahler) lokal aufgeschmolzen wird. Während des Druckprozesses sind die Bauteile von nicht aufgeschmolzenem Pulver umgeben, sodass auf den Einsatz von Stützstrukturen verzichtet werden kann. Dies ermöglicht eine hohe Produktivität sowie die Umsetzung von feineren Details, höheren Festigkeiten und größerer Komplexität. Die Bauteile eignen sich besonders für mechanisch belastete Komponenten und können auch für Serienanwendungen genutzt werden.

Für die Herstellung noch höher belastbarer Bauteile aus Metall kommt das sehr ähnliche Verfahren des Selektiven Laserschmelzens (SLM), auch bekannt als Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), zum Einsatz. Ähnlich wie beim SLS-Prozess wird feines Pulver – in diesem Fall Metallpulver – mithilfe eines starken Lasers miteinander verschmolzen. Die verfügbare Materialvielfalt reicht von hochfesten Stählen über Leichtmetalle wie Aluminium und Titan bis hin zu Sondermaterialien wie Zink und Kupfer. Die Anwendungsfelder im additiven Metallbereich sind vielfältig, da die Materialeigenschaften der Bauteile mit konventionellen Fertigungsverfahren vergleichbar sind. Typische Einsatzgebiete für Bauteile aus diesem Verfahren sind der Leichtbau im Automobil- und Luftfahrtsektor, individuelle Komponenten im Maschinenbau sowie komplexe Erwärmungs- und Formwerkzeuge.

Häufige Fragen zur Verfahrensauswahl auf dem Marktplatz

Gibt es nur 3D-Druck auf dem PROTIQ Marketplace?

Nein. Der PROTIQ Marketplace bietet nicht nur industrielle 3D-Druckverfahren, sondern auch weitere Fertigungstechnologien. Je nach Bauteil und Anforderung können Sie aus verschiedenen additiven und konventionellen Herstellungsverfahren wählen. Dazu zählen beispielsweise CNC-Fräsen, Spritzgießen oder verschiedene Nachbearbeitungsverfahren. Ziel ist es, für jede Anwendung die technisch und wirtschaftlich passende Fertigungslösung zu finden.

Was sind aktuelle Grenzen der additiven Fertigung für Endverbraucher?

Obwohl der 3D-Druck immer leistungsfähiger wird, gibt es weiterhin Grenzen bei Bauteilgröße, Produktionsgeschwindigkeit, Materialauswahl und den Kosten großer Stückzahlen. Für einfache Serienprodukte sind klassische Fertigungsverfahren wie Spritzguss oft wirtschaftlicher. Zudem erfordern viele Anwendungen spezielles Know-how bei Konstruktion, Materialwahl und Nachbearbeitung. Besonders bei komplexen oder individualisierten Bauteilen spielt die additive Fertigung ihre Stärken aus, während sie nicht jede konventionelle Fertigung ersetzen kann.

Vergleich 3D-Druck und konventionelle Fertigung: Kosten

Die Wirtschaftlichkeit hängt vor allem von der Stückzahl und der Bauteilkomplexität ab. 3D-Druck ist häufig bei Prototypen, Ersatzteilen, individualisierten Bauteilen und kleinen Serien kostengünstiger, da keine Werkzeuge oder Formen benötigt werden. Konventionelle Fertigungsverfahren wie Spritzguss oder Gießen verursachen zwar hohe Werkzeugkosten, sind jedoch bei großen Stückzahlen oft wirtschaftlicher. Für viele Anwendungen lohnt sich daher ein direkter Kostenvergleich der verfügbaren Fertigungsverfahren.

Warum unterscheiden sich die Preise zwischen den Verfahren?

Die Kosten eines Bauteils hängen von vielen Faktoren ab, darunter das gewählte Fertigungsverfahren, das Material, die Bauteilgeometrie, die Stückzahl und die erforderliche Nachbearbeitung. Während manche Verfahren besonders wirtschaftlich für Einzelteile oder komplexe Geometrien sind, spielen andere ihre Vorteile bei größeren Stückzahlen aus. Deshalb kann dasselbe Bauteil je nach Herstellungsverfahren zu unterschiedlichen Preisen angeboten werden. Der PROTIQ Marketplace ermöglicht es Ihnen, verschiedene Fertigungsoptionen miteinander zu vergleichen und die passende Lösung für Ihre Anforderungen zu finden.

Wann wähle ich 3D-Druck statt CNC-Fräsen?

3D-Druck ist besonders dann sinnvoll, wenn Bauteile komplexe Geometrien, innenliegende Kanäle, Funktionsintegration oder individuelle Anpassungen erfordern. Auch für Prototypen, Ersatzteile und kleine Stückzahlen kann die additive Fertigung wirtschaftlich sein, da keine Werkzeuge benötigt werden. CNC-Fräsen spielt seine Stärken hingegen bei einfachen Geometrien, engen Toleranzen und größeren Stückzahlen aus. Welche Fertigungstechnologie die bessere Wahl ist, hängt letztlich von den Anforderungen des Bauteils ab.

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