3D Drucken

Was ist 3D-Drucken?

3D-Drucken ist ein allgemeiner Begriff, welcher häufiger verwendet wird. Er Beschreibt letztendlich einige der Rapid-Prototyping-Technologien. 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. Anschließend genügt ein Knopfdruck und das Modell wird Schicht für Schicht Realität. Durch diverse Nachbehandlungen können die Festigkeit, die Hitzebeständgkeit und auch die Optik verändert werden. Es gibt 3D-Drucken mit Nichtmetallischen oder Metallischen Materialien.

Was ist Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping bedeutet übersetzt: „schneller Modellbau“ und ist ein Überbegriff für die verschiedenen Technischen Verfahren, welche zur schnellen Fertigung von Bauteilen verwendet werden. Der Ausgangspunkt sind immer Konstruktionsdaten. Die Rapid Prototyping Technologien sind somit Fertigungsverfahren, welche das Ziel haben, ohne weitere Umwege, vorhandene Daten, schnell in greifbare Bauteile umzuwandeln.

Technische Verfahren:

Es gibt unterschiedlichste Fertigungsverfahren zur Erzeugung von 3D Prototypen, welche in 3D-Druckern zum Einsatz kommen. Die wichtigsten Verfahren sind:

  • Pulverdruck (3D Printing – 3DP) Als Grundlage dient eine dünne Pulverschicht, die an bestimmten Stellen durch ein Bindemittel verfestigt wird. Bevorzugt werden hier Anschauungsmodelle hergestellt. Mit dieser Druckmethode können mehrfarbige hochauflösende Modelle ausgedruckt werden können. Belastbare Vorserien-Prototypen können nur 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 weiterem Füllstoff (Infiltrat) behandelt, welcher die schlussendlichen Mechanischen Eigenschaften verleiht. Die Oberfläche ist leicht rau, wie sandgestrahlt.3DP - 3D Druck - 3D Drucken - Pulverdruck - Pulverdrucken
  • Selektives Lasersintern (Selective Laser Sintering – SLS) Auch hier ist die Basis ein sehr feines Pulver. Das verwendete Grundmaterial ist ein Polyamid. Im Gegensatz zum Pulverdruck wird hier das Material nicht durch ein Bindemittel verbunden, sondern mit Hilfe eines Laserstrahls verschmolzen. Die Bauteile haben eine leicht raue Oberfläche (wie sandgestrahlt). Sie sind direkt nach dem Fertigungsprozess stabil und müssen nicht zwingend nachbearbeitet werden. Die Modelle können nur einfarbig hergestellt werden. Es können hitzebeständige-, metallisch Anmutende-, sowie auch flexible Bauteile gefertigt werden.SLS - 3D Druck - 3D Drucken - Lasersintern - Pulversintern - Sintern
  • Stereolithographie (SLA) Bei diesem Verfahren ist flüssiges Harz oder 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, dafür aber hochpräzise Modelle gefertigt werden.SLA - 3D Drucken - 3D Druck - Stereolithographie
  • Schmelzschichtung (Fused deposition modelling – FDM mit einer Düse) Ein Kunststoffdraht (PLA, ABS, ASA usw.) wird geschmolzen und durch eine Düse 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 eine Stützstruktur durch den Drucker aufgebaut werden. Diese Stützstruktur muss nach dem Druckprozess manuell entfernt und dann entsorgt werden. Die Nacharbeit an den Bauteilen ist je nach Form des Bauteils mehr oder weniger Aufwendig. Es können einfache, belastbare Modelle gefertigt werden. Die Oberfläche ist leicht rillig.FDM - 3D Drucken - 3D Druck - Schmelzschichten - Fused Deposition Modelling
  • Schmelzschichtung (Fused deposition modelling – FDM mit zwei Düsen) Ein dünner Kunststoffdraht (PLA, ABS, ASA usw.) wird geschmolzen und durch eine Düse 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 Stützmaterial durch die zweite Düse des Druckers in den Zwischenräumen aufgebaut werden. Dieses wasserlösliche oder nur leicht klebende Stützmaterial wird nach dem Druckprozess mit geringem Aufwand entfernt. Es können komplexe, belastbare Modelle gefertigt werden. Die Oberfläche ist leicht rillig.FDM 2 - 3D Drucken - 3D Druck - Schmelzschichten - Fused Deposition Modelling
  • Polyjetverfahren (Multi-Jet-Modeling – MJM) Bei der PolyJet-Technologie werden unterschiedliche Photopolymer-Materialien durch mehrere Druckköpfe in sehr dünnen Schichten aufgetragen. (0,016mm) Die Zwischenräume werden automatisch mit einem wasserlöslichen Stützmaterial gefüllt. Jede Photopolymer-Schicht wird direkt nach dem Auftragen durch UV-Licht gehärtet. Dadurch erhalten die Modelle Ihre Stabilität und können somit leicht entnommen werden. Das Stützmaterial kann nach dem Druckvorgang, leicht mit einem Wasserstrahl oder mithilfe eines Ultraschallreinigers mit einer Salzlauge entfernt werden. Mit dieser Technologie sind hochpräzise, glatte Modelle möglich. Es können einfarbige, transparente und auch gummiartige Bauteile mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften in einem Ausdruck gefertigt werden. Durch Nachträgliches Härten unter UV-Licht können die Mechanischen Eigenschaften weiter verändert werden. Mit der neuesten Generationen dieser Maschinen, können auch mehrfarbige oder besonders stabile Bauteile hergestellt werden. MJM - Multijetmodeling - Polyjetverfahren - 3D Druck - 3D Drucken
  • Vakuumgießen (Vacuum-Casting VAG) Beim Vakuumgießen müssen zuerst Urformen hergestellt werden. Diese dienen als Basis für die eigentliche Gießform. Die Urmodelle werden durch die oben aufgeführten Fertigungsverfahren hergestellt. (Meistens durch Stereolithographie oder Multi-Jet-Modeling) Die Gießform wird danach aus Silikonkautschuk mithilfe des Urmodells erstellt. Mit der fertigen Gießform können dann, mehrere Bauteile mithilfe von Vakuum (um Lufteinschlüsse zu vermeiden) hergestellt werden. Das hierfür verwendete Material ist ein Zweikomponenten-Gießharz mit ähnlichen Eigenschaften wie ABS. Pro Gießform sind in der Regel ca.25 Abgüsse möglich. Hier ist eine glatte und präzise Oberfläche möglich. Es können nur einfarbige Modelle gefertigt werden. Dieses Fertigungsverfahren wird häufiger für die Herstellung von Kleinserien verwendet.
  • 3D-Papierdruck (Selective Deposition Lamination – SDL) Bei diesem Verfahren wird Papier als Ausgangsmaterial verwendet. Die Bauteile werden durch das punktgenaue Verkleben, dem Einfärben der Papierblätter und dem Schichtweisen Zuschneiden der jeweiligen Kontur erstellt. Geschnitten werden die Papierblätter durch ein Wolfram-Messer. Nach dem Bauvorgang wird der entstandene Block mit dem Werkstück im inneren aus der Anlage entnommen. Die nicht zum Bauteil gehörenden Elemente können dann leicht entfernt  werden, da diese während des Bauprozesses, in kleinere Elemente geschnitten werden. Mit dieser Technik sind Farbige Bauteile mit mittlerer Komplexibilität, sehr kostengünstig und Umweltfreundlich herzustellen. Es ist eines der neuesten 3D-Druck Verfahren. Die Firma Mcors hat diese Technologie erstmals auf dem Markt präsentiert.
  • 3D-Foliendrucken (Laminated-Object-Manufactoring – LOM) Bei diesem Verfahren werden Folien oder Papier als Ausgangsmaterial verwendet. Die Bauteile werden durch das schichtweise Verkleben der Folien und dem Ausschneiden der jeweiligen Kontur erstellt. Geschnitten werden die Folien meistens durch einen Laser. Nach dem Bauvorgang wird der entstandene Block mit dem Werkstück im inneren aus der Anlage entnommen. Die nicht zum Bauteil gehörenden Elemente müssen dann entfernt und entsorgt werden. Mit dieser Technik sind große Bauteile mit mittlerer Komplexibilität kostengünstig herzustellen. Allerdings gibt es hier nur wenige Verfahrensentwickler. Deshalb ist diese Technologie auf dem Markt nur noch selten anzutreffen.

Hier sind die Vor- und Nachteile der einzelnen Rapid Prototyping Technologien im Detail erklärt: Die Vor- und Nachteile der einzelnen 3D-Druck Technologien im Überblick

Klicken Sie auf den hier angezeigten Link und es öffnet sich unsere aktuelle Schulungspräsentation: Die einzelnen Verfahren mit Protec3D

Falls Sie weitere Fragen zu den einzelnen Technologien haben, oder Unterstützung bei einem Projekt benötigen, können Sie uns gerne kontaktieren. Wir werden Ihnen bestmöglich weiterhelfen, da wir der 3D Druck Dienstleister für alle 3D Druck Themen im Rapid Prototyping Sektor sind. Wir helfen Ihnen bei der Produktentwicklung, der Auswahl des am besten geeigneten Herstellungsverfahren, sowie der Herstellung Ihrer Bauteile.