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3D-Drucken schnell erklärt

3D-Drucken schnell erklärt
Der 3D-Druck gewinnt immer mehr an Bedeutung und ist für einige Experten sogar die nächste industrielle Revolution. In der Industrie schon seit Jahrzehnten ein wichtiger Bestandteil, ist der 3D-Druck dank leistbarer und kompakter Desktop-Geräte auch beim Endvebraucher angekommen.

"3D-Printing has the potential to revolutionize the way we make almost everything!"

Barack Obama bei der "Ansprache zur Lage der Nation" im Jahr 2013.
Titelbild 3D-Druck

Der 3D-Druck schnell erklärt

Unter 3D-Druck versteht man die Möglichkeit, Objekte aus einer digitalen Vorlage zu schaffen. Eine digitale Vorlage wird an den 3D-Drucker geschickt, der diese dann entweder Tropfen für Tropfen und Schicht für Schicht aufbaut (FDM - Fused Deposition Modeling) oder Mithilfe eines Lasers flüssige Harze oder Metalle verschmilzt (SLA - Stereolithografie).

Der 3D-Druck ist ein sogenanntes generatives Fertigungsverfahren (AM - Additive Manufactoring). Das Objekt entsteht durch das Auftragen von Material. Das generative Verfahren steht im Gegensatz zum subtraktiven Verfahren (subtractive Manufactoring). Hier wird das Rohmaterial durch Fräsen oder Bohren von z.B. CNC-Maschinen abgetragen um das Endprodukt zu erzeugen.

Wer hats erfunden?

Schon 1983 erfindet Chuck Hull die Stereolithografie und druckt das erste 3D-Objekt. Die SLA-Technologie wird 1984 zum Patent angemeldet. 1986 freigegeben ist Chuck Hull Mitgründer der Firma 3D-Systems, die Prototypen herstellt.

Gleichzeitig erfindet S.Scott Crump und seine Frau das Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren und gründet 1989 die Firma Stratasys.

Einsatzmöglichkeiten Industrie

Eine besondere Bedeutung findet der 3D-Druck in der Herstellung von Einzelteilen, wie z.B Prototypen da diese schneller gefertigt werden können. Das aufwendige Herstellen von Formen wie z.B. in der Spritzgusstechnologie entfällt. Aufgrund der hohen Kosten und der Größe eines 3D-Druckers wurde diese Technologie hauptsächlich in der Industrie, in der Wissenschaft oder Forschung verwendet. Im Jahr 2002 stellt die Firma Stratasys den ersten 3D-Drucker unter 30.000 USD vor.

3D-Drucker für den Hausgebrauch

Aber erst 20 Jahre nach der Erfindung des 3D-Druckers, im Jahr 2009, kamen sogenannte Desktop-3D-Drucker für den Hausgebrauch auf den Markt. Die Firma Makerbot stellt im März den Cupcake CNC - ein 3D-Drucker Baukasten (FDM-Verfahren) vor, der möglichst erschwinglich sein soll. Aber auch andere Firmen drängen mit nutzerfreundlicheren 3D-Drucker auf den Desktop-Markt.

2011 kommt mit dem Form 1-Printer von Formlabs der erste Desktop 3D-Drucker im Stereolithografie-Verfahren (SLA) für stolze 2300 USD auf den Markt. Das ist zwar nicht gerade billig, aber der große Vorteil ist, dass die Objekte mit einer viel höheren Auflösung gedruckt werden können. Die Qualität ähnelt Spitzenmaschinen aus der Industrie.

Mittlerweile gibt es eine Vielzahl an Firmen wie z.B. Ultimaker, BQ u.v.m. die 3D-Drucker zu einem erschwinglichen Preis herstellen. Filamente

Die wichtigsten Materialien

Natürlich muss jeder 3D-Drucker auch auch gefüttert werden. Für SLA-Drucker werden Kunstharze, sogenannte Resine, verwendet, die in verschiedenen Farben und Materialeigenschaften erhältlich sind.

3D-Drucker der FDM-Technologie benötigen thermoplastische Kunststoffe, sogenannte Filamente, die es in den unterschiedlichsten Materialien gibt. Diese Filamente werden in Rollen gewickelt und unterscheiden sich durch Material, Stärke, Farbe und Schmelzpunkt.

  • PLA (Polyactide) ist eine Art Biokunststoff wie z.B. Mais- oder Kartoffelstärke und kann im Gegensatz zu Erdölprodukten problemlos entsorgt werden und ist daher sehr umweltfreundlich. PLA-Filament besitzt eine Schmelztemperatur von 160-220 Grad, ist einfach zu drucken und eignet sich besonders für Anfänger. Es ist leicht, UV-beständig und robust. Es kann geschliffen, verklebt und lackiert werden. Zu beachten ist, dass durch den geringen Schmelzpunkt PLA schon ab 50 Grad weich werden kann. Bei der Verarbeitung entsteht ein süsslicher Geruch, der an Ahornsirup erinnert.
  • ABS-Plastik (Acrylintril-Butadien-Styrol) findet man in vielen Alltagsgegenständen wie z.B. Legosteine und ist sehr stabil und langlebig. Durch den höheren Schmelzpunkt von 210-250 Grad ist ABS-Filament etwas schwieriger zu verarbeiten und es empfiehlt sich eine beheizbare Druckplatte. ABS-Filament ist sehr robust und lässt sich sehr leicht bearbeiten wie schleifen, lackieren und verkleben. Da ABS aus Erdöl besteht ist es nicht biologisch abbaubar, lässt sich aber recyceln. Bei der Verarbeitung riecht ABS nach verbranntem Plastik und sollte deshalb nur in belüfteten Räumen verwendet werden.
  • PVA (Polyinylalkohol) ist ein wasserlösliches Filament, welches hauptsächlich als Stützmaterial für komplexe oder bewegliche Strukturen verwendet wird. Wenn das ausgedruckte Objekt mit PVA-Stützen in ein Wasserbad gelegt wird, verschwinden diese. Schmelztemperatur 160-180 Grad.
  • TPE (Thermoplastisches Elastomer) ist ein flexibles Filament mit gummiähnlichen Eigenschaften und wird dank seiner thermoplastischen Eigenschaften für Sportschuhe, Schläuche oder Dichtungen verwendet. Je flexibler das TPE-Filament, desto schwieriger ist die Verarbeitung. Die Schmelztemperatur liegt bei 210-240 Grad.
  • Mittlerweile gibt es auch Spezial-Filamente die eine metallische Oberfläche aufweisen, wie zB. Kupfer, Messing oder Bronze. Wood-Filamente bestehen aus kleinen Holzartikel und eignen sich optimal, um naturgetreue Objekte zu drucken.
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