3D Druck

3D Druck

3D Druck gehört zur Gruppe der additiven Produktionsmethoden. Mit 3D Druck ist es möglich bei geringem Aufwand –z.B. am heimischen Basteltisch oder bei einem professionellen Druckdienstleister – eine CAD-Datei in ein Endprodukt zu überführen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Stückkosten beim 3D Druck nahezu unabhängig von der Produktionszahl ist. Somit können Einzelstücke und individualisierte Objekte preisgünstig erstellt werden. Die geringen Stückpreise von industriell gefertigter Massenware können aber nicht erreicht werden.

Nach Goldmann Sachs ist 3D Druck einer der acht „kreativen Zerstörer“. Es wird Hersteller zu Änderungen in diesem hoch disruptiven Markt zwingen wenn sie am Markt bestehen wollen.
Als weiterer Vorteil des 3D Drucks entfallen Kosten, Zeit und Risiken für einen Transport.

Digital Light Processing (DLP)
Das DLP Verfahren funktioniert nach demselben Prinzip wie das nachstehend beschriebene Stereolithographie Verfahren. Auch hier wird eine CAD Datei verwendet, die Informationen über das 3D Modell enthält. Als Lichtquelle wird ein DLP Projektor eingesetzt. Nach neuesten Projekten, die auch als Open Source zur Verfügung stehen, soll sogar ein handelsüblicher Beamer als Lichtquelle ausreichen.

Fused Filament Fabrication, Fused Deposition Modeling (FFF, FDM)
Das Druckmaterial wird in Pulverform verarbeitet. Beim nachstehenden 3DP Verfahren sind die gedruckten Schichten miteinander verklebt worden. Im Unterschied dazu werden jedoch bei diesem Verfahren die einzelnen Lagen durch einen Hochleistungslaser (CO2) unter Schutzgas verschmolzen. Diese Methode kann neben Kunststoffen Metalle, Keramik und Quarzsand verarbeiten.

Multi Jet Modeling, Polyjet Verfahren (MJM)
Das unter dem Markennamen MJM bekannte Verfahren ist eine Mischung aus Stereolithographie Fused Deposition Modeling. Ein Druckkopf trägt einen flüssigen, lichtempfindlichen Kunststoff auf eine Baufläche auf. Die aufgetragene Schicht wird mittels einer Rolle geglättet. Mit der im Druckkopf vorhandenen Ultraviolettlampe (UV-Lampe) wird das Material schnell ausgehärtet. Dann wird die Bauplattform abgesenkt und die nächste Schicht wird aufgetragen

Pulverdruck (3DP)
Es handelt sich um ein Verfahren aus dem Bereich „Additive Layer Manufacturing“ Ein 3D Drucker der Pulver als Material verwendet, kann mit einem oder mehreren Druckköpfen aus-grüstet sein. Die Funktion dieser ist der Arbeitsweise eines Tintenstrahldrucker vergleichbar. Statt Tinte überträgt der Druckkopf flüssigen Klebstoff (Bindemittel) auf eine Pulverschicht.
Diese Verfahrensart hat viele Anwendungsbereiche , z.B.:

• Architektur, Automobilindustrie, Gebrauchsgüter, Medizin
• Päsentations- und Konzeptionsmodelle
• Schuhe und Bekleidungsartikel

Stereolithographie (STL, SLA)
Bei diesem Verfahren werden aus 3D CAD-Daten Prototypen erstellt. Die Funktion ist folgende: In einem Behälter ist flüssiges Photopolymer vorhanden. Auf dieses Material wird ein Laserstrahl gerichtet. „Der Laser fährt die Geometrie eines Querschnitts ab und härtet so eine dünne Schicht der Flüssigkeit aus. Die belichtete und somit ausgehärtete Schicht wird nun abgesenkt und neu mit mit flüssigem Photopolymer benetzt.“ Dieser Vorgang wird Layer für Layer wiederholt, bis zur Fertigstellung des Teiles.

CAD-Dateien können durch Betriebe wie den Ehnertschen Betrieb erstellt werden.

Als Materialien kommen unter Anderem in Frage:
ABS (Acrylnitril Butadien Styrol)
ABS ist ein Thermoplastik und wird zur Herstellung von vielen Haushaltsgegenständen verwendet. Es wird gedruckt im „Düsenschmelzverfahren.“ Nach einer Verarbeitung ergibt sich eine glatte Oberfläche und diese ist belastbar. Temperaturen bis 80 Grad Celsius sind zulässig.

Gips
Gips wird oft mit dem Verfahren des Pulverklebens eingesetzt. Hier erfolgt eine Vermengung mit Harzen. Durch Erhitzung entsteht eine modellierbare Masse. Durch das Verkleben des Pulvers werden die hergestellten Produkte sehr hart. Einsatz finden Verfahren und Material bei wirkungsvollen, farbenreichen Modellen. Bei Bewegungen und Kontakt mit anderen Oberflächen unterliegt das Material starkem Verschleiß.

Metalle (Aluminium, Stahl, Chrom, Nickel und Edelmetalle):
Um Metalle mit einem 3D Drucker zu formen, müssen verschiedene Druckverfahren eingesetzt werden. Die entprechenden Methoden sind das:
• selektive Lasersintern
• selektive Laserschmelzen
• Elektronenstrahlschmelzen

Die Herstellung von Prototypen für die Maschinenbau-Industrie ist ein Haupteinsatzgebiet. Die produzierten Teile entsprechen im Gewicht und nach Versuchen dem späteren Einsatzprodukt.
Ebenso werden 3D gedruckte Produkte aus Metall in den Branchen Elektroindustrie, Badausstatter, Schmuckherstellung (vgl. die gedruckten Silberaccessoires) usw. verwendet.

Keramik
Die druckten Erzeugnisse sind glänzend, glatt und besitzen Lebensmittelechtheit. Sie können ferner in vielen Farben gedruckt werden. Ein Hauptanwendungsgebiet sind Haushaltswaren und Figuren (vgl. gedruckte Erzeugnisse).

Polyamide (PA)
PA bezeichnet eine Kategorie von Thermoplasten. Die Verarbeitung erfolgt in der Regel mit Laser-Sintern. Einen Anteil von PA enthält auch Nylon. Man kann entsprechend der Verarbeitung eine glatte oder raue Oberfläche erzielen. Dieser Werkstoff verträgt Temperaturen bis 70 Grad Celsius.

Zeitnah geplanter Einsatz von weiteren 3D Druckmaterialien:
Carbon (Kohlefaser)
Carbon ist ein Verbundwerkstoff, d.h. ein carbonverstärkter Kunstoff (CFK). Kohlefaser-Werkstoffe werden in der Zukunft viele Metallarten ersetzen. Nach RapidReview arbeitet Volkswagen bereits an einer Achse aus Kohlenstoff für den Elektro Golf 7 um das hohe Gewicht der Batterien zu kompensieren. Carbon ist zwanzig Mal stabiler als Stahl und wiegt wesentlich weniger. Gedruckte 3D Bauteile aus diesem Material werden in der Automobilindustrie, Raumfahrt und Rüstungsindustrie eingesetzt.

Polymethylmethacrylat (PMMA)
PMMA sind bekannt als Acrylglas. Es handelt sich um ein hartes Erzeugniss. Dieser Kunststoff fühlt sich an wie Glas und muss zum Drucken in Pulverform vorliegen, bedingt durch die feinen Druckerdüsen. Das gedruckte Produkt ist sehr hart, hat eine rauhe Oberfläche und bricht leicht bei Krafteinwirkung.

Silikon (medizinisches Silikon):
Medizinisches Silikon wird in der Medizin für Prothesen verwendet, die in den menschlichen Körper eingesetzt werden. Mit dem 3D-Druckverfahren ist es möglich exakt passende Prothesen einzusetzen z.B. Zahnmedizin.