Was ist 3D-Druck
3D-Druck ist das Erzeugen von echten dreidimensionalen Bauteilen auf der Basis von Datensätzen. Das zu erzeugende Modell wird hierzu als 3D-Datensatz in einem beliebigen CAD-Programm erstellt. Mit grundlegender 3D-Druckerfahrung, angepasster Software und Materialkenntnissen ist diese Technologie für Jedermann zu meistern.
Technische Verfahren
Es gibt unterschiedlichste Verfahren zur Erzeugung von 3D-Prototypen, welche in 3D-Druckern zum Einsatz kommen. Die wichtigsten Verfahren sind:
Pulverdruck (3DP – 3D-Printing)
Als Grundlage dient eine dünne Pulverschicht, die an bestimmten Stellen durch ein Bindemittel verfestigt wird. Bevorzugt werden hier Anschauungsmodelle und Funktionsprototypen hergestellt. Das ist die einzige Druckmethode mit der mehrfarbige hochauflösende Modelle ausgedruckt werden können. Belastbare Vorserien-Prototypen können bis zu einem gewissen Maße durch die dementsprechende chemische Nachbehandlung erzeugt werden. Durch das Pulverdrucken sind komplexe Formen möglich. Das nicht verfestigte Pulver, welches sich um das Bauteil herum befindet, dient als Stützmaterial. Nach dem Druckprozess kann dieses problemlos entfernt und wiederverwendet werden. Das Bauteil, welches nach dem Druckprozess noch sehr empfindlich ist, wird mit einem weiteren Füllstoff behandelt, welcher die schlussendlichen Mechanischen Eigenschaften verleiht.
(Foto: Custompart.Net)
Schmelzschichtung (FFF – Fused Filament Fabrication)
Einer oder mehrere dünne Kunststoffdrähte (meistens PLA oder ABS) werden geschmolzen und durch Düsen an den gewünschten Stellen Schichtweise aufgetragen. Dort härtet das Material aus und ein Kunststoffteil wird erzeugt. Da das Bauteil während des Druckprozesses langsam aushärtet, muss auch Stützmaterial durch den Drucker aufgebaut werden. Dieses Stützmaterial wird nach dem Druckprozess manuell entfernt und muss dann entsorgt werden. Die Nacharbeit an den Bauteilen ist je nach Form des Bauteils mehr oder weniger Aufwendig. Es können einfache mehrfarbige Modelle gefertigt werden. Die Oberfläche ist leicht rillig.
(Foto: RepRap)
Selektives Lasersintern (SLS – Selective Laser Sintering)
Auch hier ist die Basis ein sehr feines Pulver. Im Gegensatz zum Pulverdruck wird hier das Material nicht durch ein Bindemittel verbunden, sondern mit Hilfe eines Laserstrahls verschmolzen. Die Qualität und die Anwendungsgebiete sind vergleichbar mit dem des Pulverdruck. Die Bauteile sind direkt nach dem Druckprozess etwas stabiler und somit leichter zum Nachbearbeiten. Die Modelle können nur einfarbig gedruckt werden.
(Foto: Wikipedia)
Stereolithographie (SLA)
Bei diesem Verfahren ist flüssiges Harz oder auch Wachs der Ausgangsstoff. Durch eine UV-Lichtquelle oder einen Laser wird das flüssige Material an den gewünschten Stellen ausgehärtet. Diese Technologie ist Beispielsweise sehr gut geeignet um Vakuumguss-Urmodelle herzustellen. Hier ist eine sehr glatte und präzise Oberfläche möglich. Es können nur einfarbige Modelle gefertigt werden.
(Foto: Custompart.Net)
Laminierverfahren (SDL – Selective Deposition Lamination)
Auf Papier drucken – das ist ja Alltag in unseren Büros. Aber ein 3D-Drucker, der mit Papier druckt und solide Objekte aus Papier schafft, die auch noch die richtigen Farben haben, das ist neu.
Ein solches Gerät hat das irische Unternehmen MCOR Technologies entwickelt. Das Verfahren nennt man „Selective Deposition Lamination (SDL)“ nennen oder auch „Paper Based 3D-Printing“.
Das grafische 3D-Modell wird zunächst von einer mitgelieferten Software in Schichten aufgeteilt, wobei jede Schicht der Dicke eines Papierblatts entspricht. Die einzelnen Blätter werden mit einem MCOR-Inkjet-Drucker ausgedruckt. Der erzeugte Papierstapel wandert dann in den MCOR-3D-Drucker. Hier werden Kleber mit zwei unterschiedlichen Stärken aufgebracht: Die Teile, die später als Abfall entfernt werden müssen, erhalten einen schwächeren Kleber. Mit Druck und Hitze wird dann die frisch beleimte Seite mit dem Stapel verbunden. Ein Schneidplotter schneidet in den Stapel sofort die richtigen Umrisse ein und bringt auch gleich noch die Schnitte an, die später ein leichtes Entfernen des Abfalls in kleinen Blöcken ermöglichen. Das folgende Video stellt den Fertigungsprozess sehr anschaulich dar:
Das 3D-Modell ist durch die enge Verbindung der einzelnen Papierschichten erstaunlich hart und kann mit weiteren Beschichtungen beispielsweise noch wasserfest gemacht werden. Als besondere Vorteile für die Technologie werden von MCOR die geringen Kosten genannt, die Verwendung des sehr umweltfreundlichen Werkstoffs Papier und natürlich die Tatsache, dass das Modell direkt die richtigen Farben hat.
