Die richtige Wahl des Sands für 3D-Druck – Ein datenbasierter Leitfaden für vielfältige Anwendungen

Im schnelllebigen Bereich der additiven Fertigung gewinnt der sandbasierte 3D-Druck an Bedeutung, insbesondere für Anwendungen, die von Gießformen bis hin zu architektonischen Prototypen reichen. Allerdings sind nicht alle Sande gleich – unterschiedliche Anwendungsfälle erfordern eine gezielte Auswahl, um Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit zu optimieren.

1. Gießerei- und Metallgussanwendungen

Warum es wichtig ist:

• Permeabilität und Gasentwicklung : Sande mit hoher Permeabilität reduuzieren Fehler wie Lunker. Eine Studie der American Foundry Society berichtet, dass Sande mit einer Permeabilität (gemessen nach der Preece-Methode) von über 400 Darcy die Porosität beim Gießen signifikant reduzierten um 35% (American Foundry Society, 2023).

• Thermisches Verhalten : Sande mit niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten (z. B. 6 × 10^–6 /°C) minimieren das Rissbildungsrisiko der Form während des Gießvorgangs.

Empfohlener Sandtyp : Gaußförmiger, abgerundeter Quarzsand mit kontrollierter Korngrößenverteilung (typischerweise 100–200 Mikron) und geringer thermischer Ausdehnung.

2. Architektonische und künstlerische Prototypen

Hauptkriterien:

• Oberflächenfinish & Detailgenauigkeit : Mittelgradiger Quarzsand mit feineren Partikelgrößen (ca. 50–100 Mikron) ermöglicht die Reproduktion feiner Details. Gemäß dem ISO 2520-Standard verbessert sich die Druckauflösung um bis zu 22% wenn die durchschnittliche Korngröße von 200 auf 80 Mikron sinkt (ISO, 2022).

• Bindemittelwirksamkeit : Feinere Sande erhöhen die Oberflächenkontaktfläche des Bindemittels und verbessern dadurch die Aushärtungsstärke – in Fachberichten werden Steigerungen der Zugfestigkeit von Grünlingen um 18–25% (BinderTech Journal, 2024).

Empfohlener Sandtyp : Feine, gut sortierte Silizium- oder Zirkonsande, die scharfe Kanten und feine Details ermöglichen.

3. Funktionale Prototypen & Strukturmodelle

Leistungsanforderungen:

• Mechanische Festigkeit & Stabilität : Silizium-Zirkon-Gemische oder hochfeste synthetische Sande erreichen eine Druckfestigkeit von über 30 MPa in gedruckten Kernen, verglichen mit 20 MPa bei Standardquarz (Additive Manufacturing Review, 2024).

• Maßhaltigkeit : Kontrollierte Sphärizität mit geringem Feingutanteil verbessert die Maßtoleranz auf unter ±0,3 mm bei Bauteilen von ±100 mm.

Empfohlener Sandtyp : Hochrunde Silizium- oder Silizium-Zirkon-Verbundsande, sorgfältig sortiert, um Festigkeit und Druckgenauigkeit zu balancieren.

Zusammenfassende Tabelle

Datenquellen:

• American Foundry Society (2023), Auswirkungen der Sandpermeabilität auf Gussfehler

• ISO (2022), ISO 2520: Bewertung des Korngrößeneffekts im 3D-Sanddruck

• BinderTech Journal (2024), Binder-Sand-Wechselwirkung und Grünpfestigkeit in der additiven Fertigung

• Additive Manufacturing Review (2024), Leistungskennzahlen von Kompositsanden in Strukturmodellen

Durch die Abstimmung der Sandsortenwahl mit den funktionalen Prioritäten der jeweiligen Anwendung – sei es Permeabilität, Auflösung oder Festigkeit – können Hersteller und Konstrukteure eine optimale Leistung ihrer gedruckten Bauteile sicherstellen. Für weiterführende Daten, Leitlinien oder Unterstützung bei der Sandsortenwahl können Sie sich gerne an unser technisches Team wenden.