Der Bauraum wird als Länge × Breite × Höhe in Millimetern angegeben und unterscheidet sich je nach Verfahren und Anlage. Im Metall-3D-Druck sind die Bauräume meist kleiner als im Kunststoff-Lasersintern. Bauteile, die größer sind als der Bauraum, lassen sich in Segmenten fertigen und anschließend fügen – oder durch eine geschickte Bauteilorientierung doch in einem Stück drucken.

Bauraumauslastung: Kunststoff und Metall im Vergleich

Wie gut ein Bauraum genutzt wird, beeinflusst direkt die Kosten, denn die Maschinenzeit verteilt sich auf alle Teile eines Baujobs.

• Kunststoff (SLS, MJF): Teile liegen frei im Pulverbett und können dreidimensional gestapelt werden – ideal für Serien.
• Metall (SLM/LPBF): Teile sind auf der Bauplatte verankert und brauchen Stützstrukturen – meist wird nur in einer Ebene genutzt.
• Bauhöhe: Jede Schicht kostet Zeit, unabhängig von der Teilezahl. Eine flachere Orientierung kann Bauzeit sparen.

→ Unternehmen: Maschinenkapazitäten

→ Leistung: Additive Fertigung Kunststoff

→ Leistung: Additive Fertigung Metall

Poren sind Fehlstellen im Material. Sie senken die Festigkeit und vor allem die Dauerfestigkeit unter wechselnder Last, und sie können Bauteile undicht machen, die Gase oder Flüssigkeiten führen. Eine hohe Dichte ist deshalb die Grundlage dafür, dass additiv gefertigte Metallteile mit konventionell hergestellten mithalten.

Ursachen für Poren sind meist ungünstige Prozessparameter im Selektiven Laserschmelzen: Zu wenig Energie führt zu unvollständig verschmolzenem Pulver (Bindefehler), zu viel Energie zu Gasporen. Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schichtstärke und Pulverqualität müssen daher exakt auf den Werkstoff abgestimmt sein.

Wie wird die Dichte geprüft und verbessert?

• Archimedes-Prinzip: Wägung von Probekörpern an Luft und in Flüssigkeit
• Schliffbilder: Analyse der Porosität unter dem Mikroskop
• Computertomografie (CT): zerstörungsfreie Prüfung des Bauteilinneren
• Heißisostatisches Pressen (HIP): schließt verbleibende innere Poren für höchste Anforderungen

→ Leistung: Additive Fertigung Metall

→ Leistung: Qualitätssicherung

Bei der klassischen Lagerfertigung wird auf Vorrat produziert, um Werkzeug- und Rüstkosten über große Lose zu verteilen. On-Demand-Fertigung dreht das Prinzip um: Das Bauteil existiert zunächst nur als Datensatz und wird erst bei Bedarf gefertigt – als Einzelteil oder in der Menge, die gerade gebraucht wird.

Ein weiterer Vorteil: Designänderungen fließen sofort in die nächste Charge ein, ohne dass ein Werkzeug angepasst werden muss.

Vorteile und Grenzen

• Weniger Lagerbestand und gebundenes Kapital
• Kein Risiko veralteter Bestände bei Produktänderungen
• Flexible Mengen – von Losgröße 1 bis zur Serie
• Schnelle Reaktion auf schwankenden Bedarf

Grenzen gibt es bei sehr hohen Stückzahlen einfacher Teile: Dort ist ein Werkzeugverfahren wie Spritzguss pro Stück meist günstiger. Wie schnell On-Demand-Teile verfügbar sind, hängt zudem von der Fertigungskapazität ab – FKM verfügt dafür über mehr als 40 Anlagen für Kunststoff und Metall.

→ Leistung: Additive Fertigung Kunststoff

→ Leistung: Additive Fertigung Metall

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Ersatzteile sind ein klassisches Dilemma: Sie müssen über Jahre verfügbar sein, werden aber nur selten und in kleinen Mengen gebraucht. Lagerhaltung bindet Kapital, Originalwerkzeuge werden verschrottet, Lieferanten verschwinden oder verlangen hohe Mindestmengen. Fällt dann ein Teil aus, steht im schlimmsten Fall die Anlage.

Die additive Fertigung löst dieses Problem: Das Ersatzteil wird ohne Werkzeug und ab Stückzahl 1 gefertigt – genau dann, wenn es gebraucht wird. Statt Regale voller Teile genügt ein digitales Ersatzteillager mit den Bauteildaten.

Worauf kommt es an?

• Datenbasis: Liegt kein CAD-Modell vor, muss das Teil zunächst nachkonstruiert werden.
• Werkstoff: Es braucht einen additiven Werkstoff, der die Anforderungen des Originals erfüllt.
• Geometrie: Die Nachfertigung ist eine Chance zur Optimierung, etwa durch Funktionsintegration.
• Passungen: Funktionsflächen werden bei Bedarf spanend nachbearbeitet.
• Qualität: Bei sicherheitsrelevanten Teilen sind Prüfung und Dokumentation entscheidend.

→ Leistung: Additive Fertigung Kunststoff

→ Leistung: Additive Fertigung Metall

In der klassischen Fertigung verteilen sich Werkzeug-, Rüst- und Vorrichtungskosten auf die Stückzahl. Ein einzelnes Teil trägt diese Kosten allein und wird dadurch unverhältnismäßig teuer. In der additiven Fertigung entfällt das Werkzeug: Die Kosten hängen vor allem von Werkstoff, Bauteilvolumen und Bauzeit ab – nicht von der Stückzahl und kaum von der Komplexität.

Zusätzlich lassen sich Einzelteile gemeinsam mit anderen Aufträgen in einem Baujob fertigen. So wird der Bauraum der Anlage optimal genutzt, und auch ein einzelnes Bauteil bleibt bezahlbar.

Wo wird Losgröße 1 genutzt?

• Patientenspezifische Medizin- und Dentalprodukte
• Ersatzteile, die nur einmalig benötigt werden
• Vorrichtungen, Greifer und Prüflehren für die eigene Produktion
• Funktionsprototypen und Designvarianten
• Individualisierte Produkte und Sonderanfertigungen

Abgrenzung: Werden mehrere gleiche Teile in begrenzter Stückzahl benötigt, spricht man von einer Kleinserie.

→ Leistung: Additive Fertigung Kunststoff

→ Leistung: Additive Fertigung Metall

Cobalt-Chrom-Legierungen wurden ursprünglich für Flugzeugtriebwerke entwickelt und zählen zu den belastbarsten Metallwerkstoffen überhaupt. Sie verbinden sehr hohe Festigkeit und Zähigkeit mit hervorragender Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, auch bei hohen Temperaturen. Hinzu kommt eine sehr gute Bioverträglichkeit.

Eine verbreitete Variante ist CoCrW mit rund 60 % Cobalt, 28 % Chrom und 9 % Wolfram – frei von Nickel und Beryllium. Weil Cobalt-Chrom spanend nur schwer zu bearbeiten ist, bietet der 3D-Druck hier einen besonders großen Vorteil: Komplexe, hochpräzise Teile entstehen direkt aus dem Pulver.

Typische Anwendungen

• Zahnersatz: Kronen, Brücken und Gerüste für Verblendungen
• Patientenspezifische Medizinprodukte und Implantatkomponenten
• Verschleißbeanspruchte Bauteile im Maschinenbau
• Hochtemperaturbauteile, z. B. in Turbinen

Gerade in der Zahntechnik zeigt sich die Stärke der additiven Fertigung: Jedes Teil ist ein Unikat – Losgröße 1 – und wird trotzdem wirtschaftlich gefertigt. Für den Einsatz im Mund sind dafür speziell zugelassene Legierungen erforderlich.

→ Werkstoff: Cobalt-Chrom

→ Leistung: Additive Fertigung Metall

Genau die Eigenschaft, die Kupfer so wertvoll macht, erschwert seine Verarbeitung im Selektiven Laserschmelzen: Es leitet Wärme extrem schnell ab und reflektiert einen großen Teil des Laserlichts. Das Pulver lässt sich deshalb nur mit angepassten Prozessparametern zuverlässig zu dichten Bauteilen verschmelzen. Reinkupfer ist zudem relativ weich. Wo mehr mechanische Belastbarkeit gefragt ist, kommen Legierungen wie CuNi2SiCr zum Einsatz – sie verbinden gute Leitfähigkeit mit höherer Festigkeit.

Typische Anwendungen

Seine Stärke spielt additiv gefertigtes Kupfer dort aus, wo Wärme oder Strom auf engem Raum effizient geführt werden müssen – oft in Geometrien, die sich spanend nicht herstellen lassen.

• Wärmetauscher und Kühlkörper mit innenliegenden Kanälen
• Induktionsspulen und Induktoren
• Elektronik- und stromführende Bauteile
• Brennkammern und Düsen in der Raumfahrt

Weil Kühlkanäle und Funktionen direkt ins Bauteil integriert werden können, ist Kupfer eng mit Themen wie konturnaher Kühlung und Funktionsintegration verbunden.

→ Werkstoff: Kupfer

→ Leistung: Additive Fertigung Metall

PEEK kombiniert Eigenschaften, die sonst nur Metalle erreichen, mit dem geringen Gewicht eines Kunststoffs. Je nach Belastung liegt die Dauergebrauchstemperatur zwischen rund 180 und 260 °C. Damit ersetzt PEEK in manchen Anwendungen Aluminium, Edelstahl oder Titan.

• Sehr hohe Temperaturfestigkeit, Festigkeit und Steifigkeit
• Beständig gegen Chemikalien und Strahlung
• Schwer entflammbar, gutes Gleit- und Abriebverhalten
• Biokompatibel – geeignet für die Medizintechnik

Im Lasersintern ist PEEK anspruchsvoll: Das Pulver muss bei sehr hoher Bauraumtemperatur verarbeitet werden, was spezielle Hochtemperaturanlagen erfordert.

PEEK oder PEKK?

Beide gehören zur PAEK-Familie. PEKK (Polyetherketonketon) enthält eine zusätzliche Ketongruppe, ist dadurch stärker kristallin und noch widerstandsfähiger in extremen Umgebungen. Im industriellen 3D-Druck wird deshalb häufig PEKK eingesetzt, wenn Hochtemperatur-Eigenschaften gefragt sind. Typische Einsatzfelder beider Werkstoffe sind Luft- und Raumfahrt, Motorsport, Medizintechnik, Elektrotechnik sowie die Öl- und Gasindustrie.

→ Werkstoff: PEEK / PEKK / PAEK 

→ Leistung: Additive Fertigung Kunststoff

PA11 wird vollständig aus nachwachsenden Rizinussamen hergestellt und hat dadurch einen kleineren CO2-Fußabdruck als erdölbasierte Kunststoffe. Mechanisch punktet es vor allem mit seiner Zähigkeit: Bruchdehnung und Schlagzähigkeit liegen über denen von PA12. Unter Last verformt sich PA11 elastisch, statt zu brechen oder zu splittern. Zudem ist es chemisch beständig, insbesondere gegenüber Kohlenwasserstoffen, und temperaturbeständig.

Im Lasersintern wird PA11 meist in Weiß (einfärbbar) oder masseeingefärbt in Schwarz verarbeitet – Letzteres eignet sich für beanspruchte Sichtbauteile.

Typische Anwendungen

• Filmscharniere, Schnapp- und Clipverbindungen
• Bauteile im Fahrzeuginnenraum, die nicht splittern dürfen
• Schutzabdeckungen und stoßbelastete Funktionsteile
• Prototypen und Serienteile mit hoher Dauerbelastung

PA11 oder PA12? Steht Zähigkeit oder Nachhaltigkeit im Vordergrund, ist PA11 die erste Wahl. Zählen Steifigkeit, Maßstabilität und Kosten, passt meist PA12.

→ Werkstoff: Polyamid 11 (PA11)

→ Leistung: Additive Fertigung Kunststoff

Polyamid 12 gehört zur Familie der Polyamide, ist aber deutlich weniger feuchteempfindlich als etwa PA6. Bauteile bleiben dadurch maßlich stabil und behalten ihre Eigenschaften über lange Zeit. Als Pulver lässt sich PA12 sehr gut im Selektiven Lasersintern und in der Multi Jet Fusion verarbeiten. Die gefertigten Teile erreichen Eigenschaften, die mit spritzgegossenen Teilen aus ABS oder PA6 vergleichbar sind.

• Hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht
• Beständig gegen Öle, Fette, Kraftstoffe und viele Chemikalien
• Geringe Wasseraufnahme und sehr gute Langzeitstabilität
• Hohe Detailtreue und gut nachbearbeitbar (z. B. Färben, Glätten)

Wofür wird PA12 eingesetzt?

PA12 ist der Allzweckwerkstoff im Kunststoff-3D-Druck – für Funktionsprototypen ebenso wie für qualifizierte Serienteile: Gehäuse, Halterungen, Clips, Luftführungen, Greifer und Vorrichtungen. Bestimmte Varianten sind biokompatibel und für den Lebensmittelkontakt geeignet, etwa für die Medizintechnik oder die Lebensmittelindustrie. Für mehr Steifigkeit gibt es gefüllte PA12-Varianten.

Im Vergleich zu PA11 ist PA12 steifer und maßstabiler, PA11 dagegen zäher und schlagfester.

→ Werkstoff: Polyamid 12 (PA12)

→ Leistung: Additive Fertigung Kunststoff