3D-Drucker - 3D-Druck

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Was ist ein 3D Drucker? Definition:

3D Drucker drucken schichtweise dreidimensionale Werkstücke. Der 3D Druck erfolgt aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen (CAD). Während des Drucks finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe die in 3D Druckern verwendet werden sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle.

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3D Drucker "Made in Germany" von Welt der Wunder getestet

Überblick

Beim Drucken mit 3D-Druckern handelt es sich um ein generatives beziehungsweise additives Fertigungsverfahren. Das bedeutet, dass das Werkstück auf Basis der rechnerinternen Datenmodelle schichtweise aufgebaut wird. Gussformen oder andere Werkstücke, die die Geometrie des Objekts gespeichert haben, sind nicht erforderlich.

Druckreife 3D-Scans von Menschen für Fotofiguren zu erstellen, ist für die Betreiber von 3D-Print-Stores oft ein zeitraubender Prozess. Zum einen ist die verwendete Scanner-Technologie häufig nicht schnell genug. Zum anderen müssen die Scanergebnisse oft langwierig manuell nachbearbeitet werden, bevor ein 3D-Druck möglich ist. Dieser Prozess, der mitunter Stunden in Anspruch nimmt, lässt sich mit dem professionellen 3D-Bodyscannern deutlich verkürzen.

3D-Drucker Aufbau

Ein 3D-Drucker besteht in der Basis aus folgenden Komponenten:

  • Bedieneinheit: Die Bedieneinheit dient der Steuerung der 3D-Drucker.
  • Extruder/Druckkopf: Hierbei wird meist nach direktem Extruder und Bowden-Extruder unterschieden.
  • Druckplatte/Druckbett: Das Druckbett wird auch Buildplate oder Buildplattform genannt und kann sich horizontal oder vertikal bewegen.
  • Filament: Hierfür gibt es verschiedene Materialien, die sich besser oder schlechter für 3D-Drucker eignen.

3D-Druck & 3D-Drucker Geschichte

1984 entwickelte Chuck Hull die Stereolithografie und kommerzialisierte diese als Gründer von 3D Systems nur wenige Jahre später im Jahr 1986. Kurz darauf wurde das FDM und der 3D-Druck mit Pulver (3DP) patentiert. Die Technologie wurde Anfangs für das Rapid Prototyping genutzt um Modelle für die Produktentwicklung anzufertigen. Im Laufe der Zeit erreichten die Anschauungsobjekte durch die Weiterentwicklung der Maschinen, Materialien und Computer die Qualität von Endprodukten. Das Rapid Manufacturing bzw. das Direct Manufacturing war geboren.

Obwohl der 3D-Druck bereits seit 30 Jahren existiert, erlebte die Branche erst in den letzten Jahren einen Boom. So verdoppelten sich beispielsweise die Patentanmeldungen von 2011 bis 2013 auf über 550 im Jahr. 2001 lagen die Anmeldungen noch bei 50 Stück im Jahr.

Heute ist der Markt stark umkämpft. In großem internationalen Wettkampf streiten sich Hersteller um Patente und kaufen sich untereinander auf.
Der 3D-Druck ist sowohl für die Industrie, als auch für Privatanwender, Universitäten und Regierungen interessant. Dies hat große Investitionen in der Wissenschaft und im Bildungsbereich zur Folge um die Technologieführerschaft zu sichern.

3D-Druck Arten, Techniken & Verfahren

Mit dem 3D-Druck werden dreidimensionale Objekte mit einem 3D-Drucker gedruckt. Er wird häufig als Synonym für die Additive Fertigung verwendet, obwohl der 3D-Druck streng genommen nur ein Teilbereich ist. Obwohl man von "Druck" redet, versteht man unter 3D-Druck mehr als nur das Aufbringen von Material auf ein Trägermaterial. Kombiniert mit Lasertechnologie, lässt sich Aluminium-Pulver z.B. zu einem Aluminium-Gegenstand schmelzen.

3D-Druck wird in den nächsten Jahren die gesamte Produktion so massiv ändern, dass man von einer Revolution sprechen kann. Schon heute wurden erste Häuser und Autos gedruckt.

Mit dem 3D-Druck können Objekte entstehen, die zu deutlich geringeren Kosten hergestellt werden können. Da Konstruktionen auch einfacher sein können, sind die gedruckten Objekte leichter als über den konventionellen Weg. Auch die Umwelt wird aufgrund geringerer Schadstoffemissionen im Produktionsprozess weniger belastet.

Beim 3D-Druck wird ein 3D-CAD-Körper in einzelne Schichten unterteilt und beispielsweise Vektoren eines Laserstrahls für jede Schicht errechnet. Die Schichtstärke liegt in der Regel zwischen 15 und 150 µm.

Nachfolgend einige Techniken bei 3D-Druckern aufgeführt:

Selektives Laserschmelzen

3D-Drucker - Selektives Laserschmelzen

Beim Laserschmelzen wird eine Pulverschicht des Werkstoffes (Metall) aufgetragen und durch den Laser umgeschmolzen. Anschließend wird das Werkstück um eine Schichthöhe abgesenkt und das Pulver neu verteilt. Dies wird wiederholt, bis jede Schicht aufgetragen und so das Werkstück hergestellt wurde. Um den Werkstoff nicht mit Sauerstoff zu kontaminieren, wird der 3D-Druck in einer Schutzatmosphäre mit Argon oder Stickstoff ausgeführt.
Sowohl Kunststoff als auch Metalle, Keramiken und Sand können mit diesem Verfahren verarbeitet werden.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

3D-Drucker - Elektronenstrahlschmelzen

Ähnlich dem selektiven Laserschmelzen wird bei diesem 3D-Druck Verfahren das Werkstück durch das Schmelzen von Pulverschichten erstellt. Der Unterschied liegt lediglich darin, dass beim Elektronenstrahlschmelzen ein Elektronenstrahl statt eines Lasers verwendet wird um das Metallpulver zu schmelzen. Dieser Strahl wird durch eine megnetisch gelagerte Feder gelenkt.

selektives Lasersintern

3D-Drucker - Selektives Lasersintern

Ebenfalls dem selektiven Laserschmelzen ähnelnd ist das selektive Lasersintern (kurz SLS/SLM). Der Unterschied dieser 3D-Druck Verfahren liegt darin, dass kein reines Metallpulver verwendet wird. Dem Kunststoff oder dem Metall wird ein Binder zugesetzt. Dieses Spezialsinterpulver wird nur partiell aufgeschmolzen, wodurch ein Flüssigphasensinterprozess stattfindet - das Druckmaterial wird verklebt.
Der Vorteil dem Schmelzverfahren gegenüber ist, dass kein geschmolzenes Material abtropfen kann. Dadurch entstehen weniger Ungenauigkeiten.

Fused Deposition Modeling

(auch Fused Filament Fabrication - FFF)

3D-Drucker - Fused Depositoin Mmodeling

Beim Fused Deposition Mmodeling (FDM) wird ein Kunststoff erhitzt und das Werkstück in Bahnen aufgebaut. Dabei wird das Material über eine Spüle zur Düse transportiert. Da es nur knapp über den Verflüssigungspunkt gebracht wurde, erstarrt es sofort nach dem Auftragen. Das Ergebnis dieser kostengünstigen Technik sind relativ detailgenaue Einzelstücke. Durch die raue Oberfläche müssen diese allerdings häufig nachbearbeitet werden. Die Präzision auf der X- und Y-Ebene ist meist gut, auf der Z-Ebene allerdings nur befriedigend. Zudem wir hier meist mit Stützmaterial gearbeitet. Dieses muss nach dem Druck entfernt werden.
Verwendete Thermoplaste sind unter anderem: ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), Nylon und PLA (Polylactat)

Laserauftragschweißen

3D-Drucker - Laserschweißen

Beim Laserauftragschweißen wird mittels eines Dioden- oder Faserlasers ein Metallpulver oder -draht über eine Düse auf dem Werkstück aufgetragen. In der Industrie wird das Laserauftragschweißen mit Pulver größtenteils vollautomatisch eingesetzt, wohingegen die Verwendung von Draht manuell erfolgt.
Das Verfahren wird zur Reparatur von teuren und großen Bauteilen oder zur Herstellung von Prototypen verwendet.

Stereolithografie/SLA Drucker

Stereolithografie an der Hochschule Aalen

Bei der Stereolithografie (kurz STL/SLA) werden flüssige Kunststoffe durch Licht ausgehärtet. Dazu wird das Werkstück in einem Flüssigkunststoffbad hergestellt. Ein Laser härtet die Schichten, während die Arbeitsplatte immer weiter abgesenkt wird. Danach werden Stützkonstruktionen entfernt und das 3D Objekt gehärtet. Mit diesem 3D-Druck Verfahren hergestellte Produkte können sehr genau hergestellt werden, sind aber nicht belastbar.

Film Transfer Imaging (FTI)

3D-Drucker - FTI

Bei dieser Technik wird ein dünner Film des Materials auf einer Transportfolie auftragen. Durch Belichtung an den zu härtenden Stellen wird die Schicht erzeugt. Anschließend wird das Werkstück angehoben, ein neuer Film verteilt und der Vorgang wiederholt. Das FTI bietet eine sehr hohe Genauigkeit, als Werkstoff werden lichtempfindliche Kunststoffe verwendet.

Digital Light Processing (DLP)

3D-Drucker - DLP

Beim DLP handelt es sich um eine Mischung aus den 3D-Drucktechniken FTI und STL. Zugrunde liegt die gleiche Technik wie bei FTI, mit dem Unterschied, dass sich das Werkstück in einem Kunststoffbad befindet.

Multi (Poly)Jet-Modeling

3D-Drucker - PolyJet

Das Multi (Poly)Jet-Modeling ähnelt dem Verfahren von Tintenstrahldruckern. Das Modell wird durch einen Druckkopf mit einer oder mehreren linear angeordneten Düsen schichtweise aufgebaut. Die durch dieses System erzeugten Tröpfchen ermöglichen feine Details bei einer Druckauflösung von bis zu 450 dpi.
Der Druck von Überhängen erfolgt mit Hilfe eines niedriger schmelzenden Wachs oder durch nadelartige Stützen aus dem gleichen Werkstoff.
Als Modellwerkstoff zum 3D-Druck werden häufig UV-empfindliche Photopolymere verwendet. Diese werden nach dem Aufdrucken durch UV-Licht polymerisiert (gehärtet).
3D-Drucker die diese Technik nutzen sind sehr kompakt und können in einer Büroumgebung genutzt werden.

3D-Drucker Arten

Für 3D-Drucker gibt es verschiedene Druckerarten. Nachfolgend die wichtigsten Druckerarten in der Übersicht:

  1. Extruson: FDM, FFF und sonstige Extrusionsverfahren
  2. Pulver: Pulverbasierter 3D-Druck, EBM, SL, SLM, SLS und 3DP
  3. Jetting: Farb-3D-Druck mittels CJP und MJ (plus Mcor´s Papier 3D-Druck)
  4. Resin: SLA, DLP, LCM und SLT
  5. Spezial: Essens-Drucker, Bio-Plotter und andere speziellere Anwendungen

3D-Drucker Weiterentwicklungen & Zukunft

Glass 3D Printing (G3DP)

3D-Drucker - Glass 3D Printing (G3DP)

In Zusammenarbeit mit dem Department of Mechanical Engineering und dem Glas Lab entwickelte die Mediated Matter Group das G3DP Verfahren. Mit diesem gelang es erstmals transparentes Glas im 3D-Druck zu drucken. Der Druck erfolgt im Brennofen, einer auf 500 Grad Celsius erhitzten Keramikkammer, mit Kalk-Natron-Glas. Dieses wird in einen, über dem Brennofen sitzenden, Schmelztiegel eingefüllt, dessen Temperatur ca. 1100 Grad Celsius beträgt. Durch eine behitzte Düse läuft das Glas in den Brennofen. Der 3D-Drucker verschiebt beim Druck stets den gesamten Schmelztiegel.
Dieses neue Verfahren besitzt noch einige Nachteile. Viele Schritte müssen von Hand erfolgen. Der Druck kann nicht automatisch gestartet oder beendet werden und durch regelmäßiges Nachfüllen verursachte Unterbrechungen sind später am Werkstück sichtbar. Zudem ist eine starke Nachbearbeitung nötig um scharfe Kanten zu entfernen und den Boden zu polieren.

MultiFab - 3D-Drucker und Scanner

3D-Drucker - MultiFab

Der neue 3D-Drucker der im Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) ­des MIT entwickelt wurde, kombiniert Photopolymer-3D-Drucktechnik mit 3D-Scantechniken. Dies ermöglicht es dem Drucker sich selbst zu korrigieren um die Druckgenauigkeit zu erhöhen. Zudem erlaubt das System den Druck um Objekte herum und die Nutzung von zehn verschiedenen Materialien gleichzeitig. So können beispielsweise Sensoren direkt im Objekt integriert oder bewegliche Systeme in einem Zug mit einer Auflösung von 0,04 Millimetern angefertigt werden.

3D-Druck Zukunftsprognose

Analysten sagen dem Markt ein starkes Wachstum voraus. Lag der Marktwert des Additive Manufacturing 2013 noch bei 2,2 Milliarden Euro, soll er bis 2023 auf 7,7 Milliarden anwachsen. Gründe dafür sind die immer weiter sinkenden Fertigungskosten für AM mit Metall. Diese sollen um zwei Drittel sinken, und die Fertigungsgeschwindigkeit soll sich erhöhen. Brauchte man 2013 zum Drucken von 10cm³ noch eine Stunde, soll Prognosen zufolge 2023 in der gleichen Zeit der Druck von 80cm³ möglich sein - eine Steigerung um 800%.

3D-Drucker Vorteile

Die Verwendung von 3D-Druckern gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren bietet folgende Vorteile:

  • Keine Herstellung und kein Auswechseln von Formen notwendig
  • Geringer Materialverlust
  • Energetisch günstigere Fertigung
  • Komplexere Formen werden realisierbar
  • Geringe Lagerkosten, Teile werden erst dann gefertigt wenn sie gebraucht werden
  • Genauigkeit von +- 0,2%
  • Keine Werkzeuge nötig

3D-Drucker Verwendung & Einsatzgebiete

3D-Drucker werden zur Herstellung von Prototypen und Modellen verwendet. Auch zur Herstellung von Werkstücken geringer Anzahl werden sie genutzt. Beispielsweise nutzt Boing zur Herstellung ihres Kampfjets F-18 Hornet über 80 Teile die durch das Lasersinter Verfahren erstellt wurden.

Zukünftig möchte auch Airbus zehn Prozent seiner Bau- und Ersatzteile selbst herstellen und hat dazu bereits erste 3D-Drucker angeschafft. Ab 2016 wird mit der Serienproduktion von Bauteilen aus Titan und Edelstahl, zudem ab 2017 von Bauteilen aus Aluminium, begonnen. Airbus erhofft sich dadurch Materialersparnisse von bis zu 90 Prozent sowie filigranere Strukturen die leichter und stabiler sind.

3D-Drucker werden in folgenden Bereichen zur Prototypenentwicklung eingesetzt:

  • Kunst und Design
  • Architektur
  • Modellbau
  • Maschinenbau
  • Automobilbau
  • Bauverfahren (Contour Crafting)

3D-Drucker werden zur Serienfertigung in folgenden Bereichen eingesetzt:

  • Luft- und Raumfahrtindustrie
  • Medizin- und Zahntechnik
  • Verpackungsindustrie
  • Bioprinting

3D-Druck in der Automobilbranche

Schon seit mehr als einem Jahrzehnt wird das Rapid Prototyping mit 3D-Druck sowie Lasersintern und -schmelzen für die Automobilindustrie immer bedeutender. Bei der Erstellung von Einzel- oder Kleinserienteilen ist die Technologie kaum zu schlagen. Dies liegt vor allem daran, dass sie keine zusätzlichen teuren Maschinen braucht, ein hohes Maß an Individualisierung mit komplexen Geometrien möglich ist und der ganze Vorgang vergleichsweise schnell geht.
Besonders bei kleinen und kleinsten Stückzahlen und im Leichtbau bietet der 3D-Druck Chancen für die Automobil- oder auch Luftfahrtindustrie. so werden beispielsweise jetzt schon für die Formel-1 Turbinenschaufeln mit Hohlraum gedruckt um Gewicht zu sparen. Die Herstellung solcher Teile wäre mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich.

3D-Druck im Bau

Mit riesigen Druckern lassen sich auch Häuser drucken. Innerhalb weniger Stunden kann so ein Haus zu einem Bruchteil an Zeit und kosten gedruckt werden. Beispielsweise soll so bis 2017 eine 222 Quadratmeter großes Anwesen mit Swimmingpool in den USA mit einem 3D-Drucker realisiert werden.
Auch in China werden erste Häuser mit Hilfe des 3D-Drucks gebaut. Eine 24 Quadratmeter Wohnung wird für 4800 US Dollar in nur 24 Stunden gedruckt.

3D-Druck von Häusern

Auch die ESA ist am 3D-Druck von Gebäuden interessiert. Sie plant eine Mondbasis zu errichten, die aus lockerem Sedimentmaterial (Regolith) in einem 3D-Druckverfahren mit Hilfe von Robotern gebaut werden soll.

3D-Druck einer Mondbasis

3D-Druck Materialien

Nachfolgend werden die wichtigsten Materialen zur Verarbeitung im 3D-Druck aufgeführt. Nicht jedes Material lässt sich mit jedem Drucker verwenden.

ABS
ABS – Acrylnitril Butadien Styrol ist ein Thermoplastik. Es wird zur Herstellung von Haushaltsgeräten verwendet. Nach der Verarbeitung hat es eine glatte Oberfläche, ist sehr steif und belastbar. Temperaturen von bis zu 80 °C hält das Material aus. Es eignet sich zur Herstellung von beweglichen mechanischen teilen und wird durch das Schmelzverfahren gedruckt.
Carbon
Kohlefaser wird voraussichtlich zukünftig viele Aufgaben des Metalls übernehmen. Besonders in der Raumfahrt, Automobilindustrie und der Rüstungstechnik kommen bereits 3D gedruckte Teile zum Einsatz. Dies liegt besonders an den besonderen Eigenschaften des Carbons: Es ist zwanzig Mal so Stabil wie Stahl, wiegt aber ur einen Bruchteil.
Gips
Gips wird in der Regel mit einem Sintern Verfahren verarbeitet. Gemischt mit Harzen wird es zur Herstellung dekorativer Modelle verwendet.
Holz
Mischt man pulverisiertes Holz mit einem Polymer lassen sich sehr gute 3D-Drucke erzielen. Die dadurch hergestellten Bauteile oder Skulpturen fühlen sich wie Holz an und riechen sogar danach.
Bioprinting
Durch Bioprinting soll es zukünftig möglich sein, Gewebe aus gezüchteten Zellen mit 3D-Druckern herzustellen. Aus diesen Zellen sollen Organe oder künstliches Fleisch für die Lebensmittelindustrie entstehen. So sollen Spenderorgane durch die künstlichen Organe ersetzt und die Schlachtung von Tieren durch künstliches Fleisch verhindert werden.
Metall (Aluminium, Chrom, Edelmetalle, Nickel, Stahl)
Metalle werden vor allem mittels des selektive Lasersintern, des selektive Laserschmelzen und des Elektronenstrahlschmelzen verarbeitet. Die werden zur Herstellung von Prototypen hergestellt. Nach der Verarbeitung sind sie stabil, besitzen das Gewicht des Endprodukts und verhalten sich für Tests so wie das finale Produkt. Die Metallverarbeitung mit 3D-Druckern wird auch im Modedesign, beispielsweise zur Schmuckherstellung, genutzt.
Polyamide
Hierbei handelt es sich um eine Gruppe von Thermoplastiken. Verarbeitet wird es in der Regel mit der Lasersintern Technik. Nach der Verarbeitung hat es eine glatt oder leicht raue Oberfläche. Temperaturen von bis zu 70 °C hält das Material aus.
Polymethylmethacrylate (PMMA)
Polymethylmethacrylate (PMMA) sind auch unter dem Namen Acrylglas bekannt. Es ist ein harter Kunststoff, der sich wie Glas anfühlt. PMMA eignet sich zur Herstellung von Modellen mit hoher Detailvielfalt. Nach der Verarbeitung hat es eine raue Oberfläche. Da PMMA zwar hart aber nicht flexibel ist, eignet es sich nicht zur Herstellung von Bauteilen.
Silikon
Zur Herstellung von Prothesen wird in der Medizin Silikon durch 3D-Druck verarbeitet. Der 3D-Druck ermöglicht das exakte Herstellen und Prothesen für Patienten.

Druckqualität und -präzision

Die Druckqualität bei 3D-Druckern ist wie die Druckpräzision schwer zu bestimmen. Abhängigkeiten entstehen aus der Verwendung unterschiedlicher Materialien. Hersteller nennen für die Druckqualität meist die Schichthöhe. Für die Druckqualität ist die Schichthöhe relevant, für den Qualitätseindruck hingegen kommen weitere Faktoren ins Spiel.
Druckqualität ist eine Kombination aus für das menschliche Auge Sichtbare, sowie weiteren funktionellen Eigenschaften. Darunter fallen:

  • Maßhaltigkeit
  • Oberflächengüte
  • Ablagerungen
  • Antriebsmechanik
  • Bewegungssteuerung
  • und Materialeigenschaften

Aus diesem Grund ist eine genau Definition der Druckqualität meist sehr schwer, kann aber durch bestimmte (Test)Geometrien festgestellt werden, bei denen individuelle Eigenschaften genau geprüft werden. Hierfür gibt es wiederum eigene einzelne spezifische Verfahren.

3D-Druck im industriellen Umfeld

Die Industrie hat den 3D-Druck schnell für sich entdeckt.
Da durch den 3D-Druck Bauteile hergestellt werden können, die so vorher nicht möglich waren, bildete er schnell seine eigene Nische. Inzwischen wird das Verfahren aber auch noch umfassender eingesetzt. Nachfolgend finden sich ein paar typische Einsatzgebiete für den dreidimensionalen Druck.

Mass Customization

Die Mass Customization (MC, kundenindividuelle Massenproduktion) beschreibt die Massenproduktion eines Produkts, dass auf die Kundenwünsche angepasst wird. Was früher ein Widerspruch war, kann heute durch den 3D-Druck realisiert werden. Besondern im Bereich des kundenindividualisierten Schmucks ist die MC durch den 3D-Druck bereichts zu beobachten.

Rapid Prototyping

Rapid Prototyping (RP) bezeichnet die schnelle Produktion dreidimensionaler Modelle mit Hilfe digital erstellter CAD-Daten durch 3D-Drucker. Mit dem Rapid Prototyping haben Unternehmen die Möglichkeit unkompliziert und schnell Prototypen anzufertigen. So müssen nicht Teile speziell für den Prototypen angefertigt werden, was viel Zeit und Geld in Anspruch nehmen würde.
Die Prototypen werden zur Überprüfung der CAD-Daten und 3D Modelle genutzt. Betrachtet werden dabei Aspekte wie Maße, Passgenauigkeit sowie thermische und mechanische Belastbarkeit.
Somit dient RP zur Senkung der Fehlerquote im tatsächlichen Produktionsprozess und durch Beschleunigung der Entwicklung. Dies wird allgemein auch als Rapid Product Development bezeichnet.

Durch den Einsatz von 3D-Druckern zur Anfertigung maßgeschneiderter Prototypen-Komponenten konnte beispielsweise der Schiffbau- und Marinezulieferer HSVA die Durchlaufzeiten um 70% und die Kosten zum 30% senken.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Herstellung von Einzelteilen, deren Lagerung auf herkömmliche Weise nicht wirtschaftlich wäre. Durch den 3D-Druck ist es möglich, diese Teile bei Bedarf herzustellen. Siemens nutzt dies für die Herstellung von Brennerspritzen kleiner Gasturbinen. Der Brennerkopf wird einfach direkt auf den Brennerrumpf aufgedruckt. Dadurch war es möglich die Reparaturzeit um 90% und die Kosten um 40% zu senken.
Auch für Legierungen ist der 3D-Druck geeignet. Es ist beispielsweise möglich, ein Werkstück aus Stahl herzustellen und nur mit einer dünnen Chrom-Nickel-Legierung zu beschichten um eine Korrosionsbeständigkeit gegen Meerwasser zu gewährleisten.

Ebenfalls interessant ist die Nutzung Anwendung für das Rapid Modeling. Hier werden mit Hilfe des 3D-Drucks Layoutentwicklungen und Produktionsplanungen vorgenommen. Die modellierte Fertigungs- bzw. Bürowelt kann anschließend wieder erfasst und in CAD Systemen aufgenommen werden.

Inzwischen gibt es weitere Anwendungsgebiete des RP:
Das Rapid Tooling bezeichnet die Herstellung von Werkzeugen, das Rapid Manufacturing beschreibt die Produktion von Klein- und Kleinstserien.

Auch für die Elektronik bietet der 3D-Druck neue Möglichkeiten. Zukünftig kann die Elektronik direkt in das Teil integriert werden.

3D-Drucker Hersteller

Hersteller von 3D-Druckern sind:

  • selektives Lasersintern/Selektives Laserschmelzen: Concept Laser, EOS, MTT Technologies, SLM Solutions, ReaLizer, Protolabs
  • Elektronenstrahlschmelzen: Arcam
  • Stereolithografie: 3D Systems, Huntsman, Protolabs
  • Digital Light Processing Modeling: Envisiontec, Rapidshape, Z Corporation
  • Polyjet-Modeling: Objet, Voxeljet, Protlabs
  • Fused Deposition Modeling: Stratasys, Reprap Austria, Bits from Bytes, Makerbot Industries, German RepRap, 3D Systems, iRapid GmbH, Membino GmbH, Multec GmbH, Ultimaking
  • 3D-Sanddruck, -Metalldruck: ExOne
  • Modelle/Bausätze: Prusa

3D-Modelle & Software

Der 3D-Drucker muss mit 3-dimensionalen Daten gefüttert werden. Die 3D Modelle müssen im Vergleich zum 3D Rendering zusätzliche Kriterien erfüllen, wie z. B. eine gesicherte Wandstärke. Software für die Erstellung von 3D Modellen, erhalten oft eine Zusatzkomponente für den 3D-Druck. Solch eine Software ist z.B. Blender.

3D-Modellierung
Mit einem Programm zur 3D Modellierung werden die 3D Modelle für das Werkstück erstellt. Dieses Modell wird für den 3D-Druck mit Hilfe eines Slicers und Host-Programms verwendet.

  • MeCube
  • 3DCreative.ly
  • Art of Illusion
  • Autodesk
  • Blender
  • Cinema 4D
  • Cubify
  • Tinkercat
  • Maya

Slicer
Slicer (engl. slice für Scheibe) sind Programme mit denen 3D-Modelle für den 3D-Druck vorbereitet werden. Sie "schneiden" das Modell in Scheiben und generieren die Befehle für den 3D-Drucker. Die meisten Slicer sind Open Source und somit kostenlos.

  • Repetier Host
  • KISSlicer
  • Slic3r
  • Zortax Z-Suite
  • Cura

Host-Programm
Das Host Programm steuert den Drucker. Dazu nutzt es die vom Slicer generierten Befehle. Ein Großteil der 3D-Drucker kommt heute mit einem eigenen Controller, was Host-Programme oft überflüssig macht. Dies gilt allerdings nur, wenn die Daten aus dem Slicer über eine SD-Karte direkt am Drucker eingelesen werden. Wer den 3D-Druck über einen Computer steuer möchte, braucht auch weiterhin ein Host-Programm.

  • Repetier Host
  • Cura
  • MakerBot MakerWare
  • ReplicatorG

3D-Druck weitere Infos

3D-Druck Literatur

  • Gebhardt, Andreas: Generative Fertigungsverfahren | Dieses Buch für Fortgeschrittene beschreibt von Grund auf in 6 Kapiteln wie (industrielle) Fertigungsverfahren im 3D-Druck funktionieren.
  • Hausmann, Kalani Kirk; Horne, Richard: 3D-Druck für Dummies | Die Grundlagen des 3D-Drucks so wie der Bau eines RepRap 3D-Druckers erklärt. 2014
  • A. Kindtner, M. Kindtner, W. Kollenberg: Realisierung keramischer Prototyping mittels 3D-Druck und Heißgießen. In: Werkstoffzentrum Rheinbach
  • Lipson, Hob; Kurman, Melba: Die neue Welt des 3D-Drucks | Dieses Buch beleuchtet verschiedene Facetten der 3D-Drucks und wirft einen Blick in die Zukunft. 2014


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