3D-Druck: Innovative Technologie jetzt auch für Heimanwender

Von | 20. Dezember 2015

Sie sind inzwischen auch für Heimanwender verfügbar, doch setzt sich kaum ein Privatmann ernsthaft mit diesem Thema auseinander: 3D-Drucker. Wir liefern Ihnen im folgenden Artikel einen Überblick über die unterschiedlichen Verfahrenstechniken, deren Vor- und Nachteile sowie den Arbeitsablauf und den Nutzen dieser spannenden, neuen Technologie.

Die Verfahrenstechniken: Von Metall bis Kollagen kann alles verarbeitet werden

Zuerst widmen wir uns den in der Industrie gängigsten Verfahren im 3D-Druck: dem Verarbeiten von Metallen. Hier gilt es besonders zwei unterschiedliche Techniken zu nennen:
Selektives Laserschmelzen: Hierbei wird der Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf eine Grundplatte aufgebracht. Mit einem Laser wird das Pulver an den vom 3D-Modell benötigten Stellen geschmolzen. Nach dem Erstarren entsteht so eine feste, ca. 15-150 µm dünne Materialschicht. Nun wird die Grundplatte um eine Schichtdicke abgesenkt und erneut Pulver aufgetragen – der Vorgang wiederholt sich. Zum Schluss wird das fertige Bauteil ggf. bearbeitet, von überschüssigem Pulver befreit und verwendet.
Das Elektronenstrahlschmelzen funktioniert auf gleiche Weise, allerdings wird hier statt eines Laser ein  Elektronenstrahl zum schmelzen des pulverisierten Werkstoffes verwendet.

Nicht nur auf die Verarbeitung von Metallen beschränkt sich das selektive Lasersintern. Mit dieser Technik können sowohl Keramiken, als auch Polymere verarbeitet werden, was das Lasersintern zum „Allrounder“ unter den 3D-Druckverfahren macht.

Noch weiter in das Verarbeiten von Kunststoffen begeben wir uns mit der Stereolithografie. Bei diesem sehr teuren Fertigungsverfahren werden flüssige Kunstharze verarbeitet. Aus einem Bad des flüssigen Werkstoffes (Acryl-, Epoxid- oder Vinylesterharz) wird mit einem Laser in dünnen Schichten das Objekt geformt. Hierbei belichtet der Laser immer den Werkstoff an der Oberfläche, welcher dann aushärtet und durch eine Plattform aus dem Bad gehoben wird.

Für Heimanwender und Profis im Design oder der Prototypenentwicklung sind insbesondere die kostengünstigen 3D-Drucker welche mit Kunststoff-Filamenten arbeiten interessant. Hier unterscheiden wir das Polyjet-Modelling und das Fused Deposition Modelling als unterschiedliche Techniken.

Das Polyjet oder Multi-Jet Modelling funktioniert ähnlich wie ein gewöhnlicher Tintenstrahldrucker und verwendet als Ausgangsmaterial Hartwachse oder Thermoplaste. Diese werden verflüssigt und unmittelbar nach dem „Drucken“ der Schicht mit UV-Licht ausgehärtet.
Beim Fused Deposition Modeling werden ähnliche Kunststoffe verwendet – diese härten allerdings durch Abkühlen aus.

Zuletzt ist uns das besonders aufwändige Bioprinting eine Erwähnung wert. Hierbei wird organisches Material, abbaubare Kunststoffe oder Kollagen, verarbeitet, um Implantate oder (in Zukunft) ganze Organe mit dem 3D-Drucker herzustellen.

pj1200-jewelers-1a

3D-Druck ist in vielen Bereichen Anwendbar

Wichtigste, und vielleicht augenscheinlichstes, Anwendungsgebiet für den 3D-Druck ist die Prototypenentwicklung. Hier spart das Drucken der Teile, Baugruppen oder ganzer Demonstratoren nicht nur Zeit, sondern vereinfacht auch den Weg vom digitalen Entwurf zum anschaulichen Modell. Insbesondere im Maschinenbau, dem Bauwesen, der Automobilindustrie und der Architektur findet der 3D-Druck so großen Anklang. Doch auch in anderen Branchen entwickelt sich der 3D-Druck zum Alleskönner. In der bildenden Kunst, dem Design und der Mode öffnet diese Technik neue Wege; in der Luft- und Raumfahrttechnik, der Medizin- und Zahntechnik und der Verpackungsindustrie stößt der 3D-Druck nahezu eine Revolution an – früher aufwändig produzierte Einzelstücke können nun „vom Band“ hergestellt werden, was insbesondere die Produktionskosten enorm drückt. So setzt das private Raumfahrtunternehmen SpaceX beispielsweise bei der Produktion der Schubdüsen ihres Raumschiffes  Dragon V2 zu 100 Prozent auf das Lasersintern.

So funktioniert der 3D-Druck

Doch wie wird aus einem digitalen Entwurf nun ein echtes 3D-Modell? Generell läuft die Erstellung eines fertigen 3D-Druckes mit allen Verfahren quasi gleich ab.
Zuerst wird mit Hilfe von 3D-Modellierungsprogrammen, wie beispielsweise AutoCAD, ein CAD-3D-Muster erstellt. Ist dieses virtuelle Modell fertig, exportiert man es in ein für den 3D-Drucker verständliches Format. Hierbei zerlegt die Software des Druckers den digitalen Entwurf in sehr dünne Schichten, welche übereinander gelegt fertige Form ergeben. Je nach Auflösung und Qualitätseinstellung werden hier Schichtdicken von wenigen tausendstel Millimetern erreicht. Im nächsten Schritt beginnt der 3D-Drucker mit dem Drucken des Modells – Schicht für Schicht. Dies nimmt, je nach Komplexität und gewählter Auflösung, bis zu 6 Stunden in Anspruch. Doch ist das Modell nach diesem Arbeitsschritt praktisch fertig und muss nach, je nach verwendeter Technik benötigter Zeit zum Aushärten, gegebenenfalls nur noch von Druckrückständen befreit werden.

cubelifestyle_00032w_hand

Auch für Heimanwender spannend

Aufgrund des inzwischen vergleichsweise niedrigen Anschaffungspreises werden 3D-Drucker auch für den Anwender im heimischen Hobbykeller zunehmend interessant. Günstige Einstiegsmodelle der Firmen iRapid, Formlabs, Conrad oder Makerbot sind bereits ab ca. 600 € zu haben. Allerdings sind die nicht unerheblichen Materialkosten zu bedenken. Um einfacher und schneller an geeignete 3D-Modelle zu kommen, empfiehlt sich außerdem der Kauf eine 3D-Scanners. Hier sind günstige Ausführungen bereits ab 250 € verfügbar, doch lässt sich hier viel improvisieren. Mit geeigneter Software ist es beispielsweise möglich, eine einfache Webcam als 3D-Scanner zu nutzen oder 3D-Modelle aus unterschiedlichen Digitalfotos errechnen zu lassen.
Allerdings gilt es auch bei 3D-Drucken, geltendes Recht zu beachten. Insbesondere das Urheberrecht und den Patentschutz gilt es einzuhalten. Dies stößt uns direkt auf eines der großen Probleme des 3D-Druckes und die Frage, wie das Copyright in Zeiten von digitaler Verbreitung der Entwürfe/Modelle und deren Reproduktion gewahrt werden kann. Hier muss gegebenenfalls der Gesetzgeber an einer Lösung arbeiten.
Bevor Sie sich jetzt einen 3D-Drucker anschaffen, sollten Sie unbedingt folgende Fragen beantworten können: Was will ich mit dem Drucker herstellen? Was sind die Anforderungen und das Material? Welcher Detailgrad ist für mich nötig? Bewege ich mich rechtlich auf der sicheren Seite?
Falls Sie sich für den Kauf eines 3D-Druckers entscheiden gilt folgendes Credo: Ausprobieren, nicht blind kaufen! Die schiere Anzahl an unterschiedlichen Modellen erfordert viele Tests auf Tauglichkeit von Seiten des Users um optimale Ergebnisse zu erhalten.

Halten Sie sich an diese Richtlinien, steht Ihnen bei der Nutzung des 3D-Druckers nichts mehr im Wege. Viel Spaß beim Ausprobieren!

 

3D Systems CubePro Trio - 3D-Drucker - FDM - max. Baugröße 270,4 x 200,4 x 230 mm - Schicht: 70 µm - USB, Wi-Fi (401735)
3D Systems CubePro Trio (401735)
ArtNr: 2102568
  • 3D-Drucker
  • FDM
  • max. Baugröße 270,4 x 200,4 x 230 mm
  • Schicht: 70 µm
  • USB, Wi-Fi
[Gesamt:0    Durchschnitt: 0/5]

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.