Der 3D-Druck mit seiner einzigartigen Fertigungstechnologie ermöglicht es uns, noch nie dagewesene Arten von Gegenständen zu produzieren und die Kosten zu senken, die Arbeitszeiten zu verkürzen und komplexe Prozesse für Unternehmen abzuschaffen. Der eigentliche Vorteil der 3D-Drucktechnologie liegt in den Druckmaterialien, die die mechanischen oder thermischen Eigenschaften von Kunststoffen und Metallen gut imitieren können, doch ist dies auch ein wichtiger technischer Grund, der die Entwicklung des 3D-Drucks derzeit einschränkt.
Da die 3D-Druck-Fertigungstechnologie die traditionelle Fertigungsindustrie und -prinzipien vollständig verändert hat, ist sie eine Umkehrung des traditionellen Fertigungsmodells. Daher sind 3D-Druckmaterialien der Hauptengpass, der die Entwicklung des 3D-Drucks einschränkt, aber auch der Schlüsselpunkt und die Schwierigkeit der bahnbrechenden Innovation des 3D-Drucks, nur um neue Materialien zu entwickeln und die Anwendungsbereiche der 3D-Drucktechnologie zu erweitern. Gegenwärtig umfassen 3D-Druckmaterialien hauptsächlich Polymermaterialien, Metallmaterialien, Keramikmaterialien und Verbundmaterialien usw.
3D-Druckmaterialien werden hauptsächlich in vier Arten von Materialien unterteilt: 3D-Druck-Polymere, 3D-Druck-Metallwerkstoffe, 3D-Druck-Keramikwerkstoffe und 3D-Druck-Verbundwerkstoffe.
3D-Druckmaterialien sind eine wichtige materielle Grundlage für die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie, und in gewissem Maße hängt es von der Entwicklung der Materialien ab, ob der 3D-Druck eine breitere Anwendung finden kann. Gegenwärtig werden für den 3D-Druck hauptsächlich technische Kunststoffe, lichtempfindliche Harze, gummiartige Materialien, metallische Materialien und keramische Materialien usw. verwendet. Darüber hinaus werden auch farbige Gipsmaterialien, künstliches Knochenpulver, zelluläre biologische Materialien und Lebensmittelmaterialien wie Zuckergranulat für den 3D-Druck verwendet.
Polymere Werkstoffe werden hauptsächlich in technische Kunststoffe, Biokunststoffe, Duroplaste, lichtempfindliche Harze, Polymergele usw. unterteilt.
Zu den metallischen Werkstoffen gehören hauptsächlich Eisen- und Nichteisenmetalle.
Keramik und Verbundwerkstoffe beziehen sich hauptsächlich auf keramische Materialien und Verbundwerkstoffe.
Obwohl die meisten Materialien, die für den 3D-Druck verwendet werden, Kunststoffe sind, haben auch metallische Werkstoffe ihre einzigartigen Einsatzmöglichkeiten. Im Folgenden werden wir einige häufig verwendete Metallmaterialien für den 3D-Druck besprechen.
Das Metall hat gute mechanische Eigenschaften und eine gute elektrische Leitfähigkeit. Zu den Eisenwerkstoffen gehören vor allem rostfreier Stahl und hochwarmfeste Legierungen.
Edelstahl ist die Abkürzung für rostfreien, säurebeständigen Stahl, beständig gegen Luft, Dampf, Wasser und andere schwach korrosive Medien oder rostfreiem Stahl genannt Edelstahl; und wird resistent gegen chemisch korrosive Medien (Säure, Lauge, Salz und andere chemische Auslaugung) Korrosion von Stahl genannt säurebeständigen Stahl. Aufgrund der Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der beiden und ihre Korrosionsbeständigkeit ist anders, gewöhnlichen Edelstahl ist in der Regel nicht resistent gegen chemische Medien Korrosion, während säurebeständigen Stahl ist in der Regel rostfrei.
Edelstahl ist das günstigste Material für den Metalldruck, und die Oberfläche der im 3D-Druck hergestellten hochfesten Edelstahlprodukte ist leicht rau und weist Pockennarben auf. Edelstahl ist in einer Vielzahl verschiedener glänzender und mattierter Oberflächen erhältlich und wird häufig für den 3D-Druck von Schmuck, funktionalen Komponenten und kleinen Skulpturen verwendet.
Hochtemperaturlegierungen haben eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, gute Oxidations- und thermische Korrosionsbeständigkeit, gute Ermüdungseigenschaften, Bruchzähigkeit und andere umfassende Eigenschaften.
Hochtemperaturlegierungen sind aufgrund ihrer hohen Festigkeit, chemischen Stabilität, der Schwierigkeit beim Formen und Verarbeiten und der hohen Kosten herkömmlicher Verarbeitungsverfahren zum wichtigsten 3D-Druckmaterial für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie geworden. Im Zuge der langfristigen Forschung und Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie wurden Flugzeugteile, die im 3D-Druckverfahren hergestellt wurden, aufgrund ihrer Arbeitszeiten und Kostenvorteile weit verbreitet.
Nichteisenmetalle einschließlich Titan, Aluminium- und Magnesiumlegierungen, Gallium, seltene Edelmetalle.
Titan, das wie Stahl aussieht und eine silbergraue Lichtübersetzung hat, ist ein Übergangsmetall, das seit einiger Zeit als seltenes Metall gilt. Titan ist kein seltenes Metall, es macht etwa 0,42 % des Gesamtgewichts der Erdkruste aus, 16 Mal mehr als Kupfer, Nickel, Blei und Zink zusammen. Es steht an siebter Stelle unter den Metallen, und es gibt mehr als 70 Mineralien, die Titan enthalten. Titan hat eine hohe Festigkeit, eine geringe Dichte, eine hohe Härte, einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Korrosionsbeständigkeit; hochreines Titan hat eine gute Plastizität, wird aber spröde und hart, wenn Verunreinigungen vorhanden sind.
Mit der 3D-Drucktechnologie hergestellte Titanbauteile sind sehr stabil und präzise in der Größe. Sie können in kleinsten Größen bis zu 1 mm hergestellt werden, und die mechanischen Eigenschaften ihrer Teile sind besser als beim Schmiedeverfahren. Das im Vereinigten Königreich ansässige Unternehmen Metalysis hat erfolgreich Teile für die Automobilindustrie, wie z. B. Laufräder und Turbolader, mit Titanmetallpulvern gedruckt. Darüber hinaus haben Verbrauchsmaterialien aus Titanmetallpulver im 3D-Druck für die Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie ein sehr breites Anwendungsspektrum.
Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit wird die Magnesium-Aluminium-Legierung in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die den Anforderungen der Fertigungsindustrie an geringes Gewicht gerecht werden. Auch in der 3D-Drucktechnologie bildet sie keine Ausnahme und ist ein alternatives Material, das von großen Herstellern bevorzugt wird.
3D-gedruckte Produkte gewinnen in der Modewelt immer mehr an Einfluss. Schmuckdesigner auf der ganzen Welt profitieren am meisten von der Rapid-Prototyping-Technologie des 3D-Drucks als leistungsstarke und bequeme Alternative zu anderen Fertigungsmethoden für die Kreativbranche. Im Bereich des 3D-Drucks von Schmuck sind die am häufigsten verwendeten Materialien Gold, Sterlingsilber, Messing usw.
Hier geht es um Materialien für den 3D-Druck. Shanghai Truer bietet eine breite Palette von hochwertigen Titan und Titan-Aluminium-Legierung Pulver, Hochtemperatur-Legierung Pulver, feuerfeste Legierung Pulver, Eisen-basierte und hohe Entropie Legierung Pulver.
Additional FAQs: Classification of 4 Common Materials Used in 3D Printing
1) What are the four primary classes of 3D printing materials and their typical processes?
- Polymers (FDM/FFF, SLA/DLP, SLS), metals (LPBF/SLM, EBM, DED, MIM), ceramics (stereolithography slurries, binder jetting + sinter, robocasting), and composites (short/continuous fiber FFF, SLS-filled, photocomposites).
2) How should I choose between polymer vs. metal for functional parts?
- Start from the use case: polymers for moderate strength, chemical resistance, and cost efficiency; metals for high temperature, structural loads, and fatigue. Consider certification needs (aerospace/medical) and total cost including post-processing.
3) What role do particle size and morphology play for metal and ceramic powders?
- Spherical, narrow PSD powders improve flowability, packing, and density in powder-bed processes. Irregular particles can boost green strength in binder systems but may reduce flow and cause surface roughness.
4) Are composites just “filled plastics,” or can they match metal performance?
- Fiber-reinforced composites (e.g., CF-PEEK, CF-nylon, continuous carbon fiber) can rival aluminum in stiffness-to-weight for specific designs. However, temperature limits and through-thickness strength still trail most metals.
5) What safety considerations differ across the four classes?
- Polymers: VOCs/particulates from thermoplastics and resins (use enclosures and filtration). Metals: fine powders are reactive—use grounding, inert handling, and PPE. Ceramics: respirable silica/oxide dust control. Composites: fiber dust and resin handling; observe MSDS/SDS for each material.
2025 Industry Trends: Material Classification Focus
- Metals: Surge in aluminum and copper alloy qualifications for EV thermal components; broader availability of beta-titanium and high-γ′ Ni superalloys.
- Polymers: Growth of ESD-safe, flame-retardant UL 94 V-0 grades for factory tooling; bio-based and recycled filament share rises.
- Ceramics: Increased adoption of alumina and zirconia for dental and semiconductor fixtures with automated debind/sinter workflows.
- Composites: Wider use of continuous fiber for lightweight jigs and end-of-arm tooling; better interlayer adhesion with plasma-assisted FFF.
2025 Material Snapshot by Class (Indicative, global)
| Class | Representative Grades (2025) | Common Processes | Typical Part Strength/Temp | Cost Range (Material Only) |
|---|---|---|---|---|
| Polymere | PA12, PA11, PETG, ABS, PC, PEEK, PEKK, ESD/FR blends | FDM/FFF, SLS, SLA/DLP | 40–100 MPa tensile; up to 250–300°C (PEEK/PEKK) | $20–$350/kg |
| Metals | 316L, 17-4PH, Ti-6Al-4V, IN718, AlSi10Mg, CuCrZr | LPBF/SLM, EBM, DED, Binder Jet + Sinter | 400–1300 MPa tensile; 200–700°C service | $60–$300/kg (pre-alloyed powders) |
| Keramik | Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC (R&D) | SLA-slurry, Binder Jet + Sinter, Robocasting | High hardness; >1000°C | $80–$500/kg (slurries/powders) |
| Verbundwerkstoffe | CF/GF-PA, CF-PEEK, filled-PA12, photocomposites | FFF (short/continuous fiber), SLS, SLA | Up to 150–300 MPa (directional); 120–250°C | $50–$600/kg |
Additional indicators:
- Qualified AM metal alloys grew from ~35 (2022) to ~60+ (2025), led by aluminum, copper, and beta-Ti.
- Recycled polymer feedstock share in FFF/SLS surpasses 15% in 2025 for tooling and consumer goods.
- Dental zirconia AM volumes up ~18% YoY due to automated CAM-to-sinter pipelines.
Sources:
- ASTM/ISO AM standards catalogs: https://www.astm.org and https://www.iso.org
- Wohlers/ContextAM market briefs (industry reports)
- FDA/EMA guidance for medical AM materials: https://www.fda.gov and https://www.ema.europa.eu
- NIST AM Bench and materials datasets: https://www.nist.gov/ambench
Latest Research Cases
Case Study 1: CF-PEEK Composite Brackets for Aerospace Interiors (2025)
Background: An aerospace tier-1 sought metal replacement for cabin brackets to reduce weight while meeting flammability and strength specs.
Solution: Printed continuous carbon fiber reinforced PEEK using heated-chamber FFF; optimized layup with topology optimization; applied plasma surface treatment for bonding.
Results: 42% weight reduction vs. machined aluminum, maintained factor of safety >1.5, passed FAR 25.853 flammability; cost down 18% at 200-unit batches.
Case Study 2: Binder Jetting of 316L with Recycled Powder Fraction (2024)
Background: An industrial OEM aimed to lower powder costs and waste in stainless steel production parts.
Solution: Introduced 20% recycled -20/+45 µm fraction blended with virgin powder; tuned debind and sinter curves and applied post-HIP for critical parts.
Results: Achieved 98.5–99.3% relative density, yield strength within 3% of all-virgin baseline, material cost reduced 14%, no increase in dimensional nonconformance over 1,200 parts.
Expert Opinions
- Dr. Karla J. Boehm, Materials Scientist, NIST
- Viewpoint: “Powder morphology and oxygen/nitrogen control are now as decisive as alloy choice for metal AM, particularly when comparing classifications across polymers, metals, and ceramics.”
- Prof. Filippo Berto, Chair of Fracture Mechanics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU)
- Viewpoint: “For composite AM, interlaminar fracture and load-path design dominate; continuous fiber steering unlocks metal-like stiffness-to-weight in targeted regions.”
- Sarah Goehrke, AM Industry Analyst
- Viewpoint: “In 2025, buyers are classifying materials not only by base chemistry but by certification pathway—UL, FDA, aerospace AMS—because qualification cost defines ROI as much as raw material price.”
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM 52900 and 52907: AM fundamentals and metal powder feedstock specs. https://www.iso.org
- ASTM F42 and D20 committees: Standards for polymers, metals, and composites in AM. https://www.astm.org
- MPIF design guides for metal powders and sintering. https://www.mpif.org
- OSHA/NIOSH guidance for polymer, metal, and ceramic powder safety. https://www.osha.gov and https://www.cdc.gov/niosh
- MatWeb materials database for datasheets across the four classes. https://www.matweb.com
- Senvol Database for AM materials and machine-process compatibility. https://senvol.com
- NIST AM-Bench measurement science resources and datasets. https://www.nist.gov/ambench
- UL 94 and FAR 25.853 references for flame and smoke toxicity for polymer/composite applications. https://www.ul.com
Last updated: 2025-08-25
Changelog: Added 5 FAQs tailored to the four material classes; inserted 2025 trend table and indicators; provided two recent case studies; included expert opinions; compiled practical tools/resources with authoritative links
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if major AM materials standards (ASTM/ISO) update, new FDA/UL certifications impact classifications, or market data shows >10% shift in alloy/polymer adoption mix
