Zukunftstechnologie 3D-Druck
Additive Manufacturing (AM) umschreibt eine Vielzahl von technischen Verfahren und additiven Fertigungstechniken, die umgangssprachlich alle oft nur als „3D-Druck“ bezeichnet werden. Was all diese Verfahren aber gemein haben, ist das Erzeugen von Bauteilen direkt aus CAD-Daten durch die schichtweise Reproduktion des Objektes.
Diese Methode hat zwei entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren wie Drehen oder Fräsen: Der erste Vorteil ist, dass auch komplexe Formen einfach „gedruckt“ werden können. Der Konstrukteur musste bei der Entwicklung immer ein besonderes Augenmerk auch auf die nachgelagerte Fertigungstechnik legen, mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks hat er heute neue Freiheitsgerade in der Konstruktion und im Design von Objekten. Der zweite entscheidende Vorteil dieser Technik liegt in der Skalierbarkeit. Wo vorher oft nur Stückzahlen von einem neuen Bauteil hergestellt werden konnten, deren Anzahl kommerziell sinnvoll war, kann man heute durch den 3D-Druck auch Bauteile mit der Losgröße 1 zu relativ linearen Kosten erstellen.
Vom Prototyper zum Fabrikator
Der 3D-Druck ermöglicht es heute Serienbauteile mit dem 3D-Drucker herzustellen, und hat damit die Industrielle Revolution 4.0 komplett umgekrempelt.
Diese Technologie hat schon eine längere Geschichte, denn schon in den 80er Jahren wurde 3D-Druck als neue Technologie für das Prototyping eingesetzt, um Ideen schneller und einfacher zu visualisieren. Heute hat sich aber der Prototyper 3D-Druck zum Fabrikator gewandelt und wird in vielen Branchen bereits in der Serienfertigung eingesetzt. Die Anzahl und Varianten der 3D-Druckverfahren und -Materialien steigen ständig und werden stetig optimiert. Gerade in den letzten drei Jahren ist der Markt fast unüberschaubar geworden, dabei sind sich viele Verfahren im Prinzip sehr ähnlich und unterscheiden sich nur durch einige wenige (von Unternehmen patentierte) Details. Vereinfacht kann man zwischen den folgenden Verfahren unterscheiden:
Stereolithografie (SLA)
Die Stereolithografie ist die älteste Technologie im Bereich des 3D-Drucks und kann als die Mutter aller 3D-Druckverfahren bezeichnet werden. Ausgangsbasis für dieses Verfahren ist ein flüssiges Kunstharz (Photopolymer), das die Eigenschaft hat, beim Belichten mit UV-Licht auszuhärten. Das zu druckende Bauteil entsteht dabei aus dem Flüssigkeitsbad, indem es Schicht für Schicht mit einem UV-Laser oder einer UV-LED in seiner Kontur gehärtet wird.
Mit dieser Technologie kann man sehr feine Details abbilden und erhält sehr schöne und glatte Oberflächen, auch ohne einen großen Aufwand für die Nachbehandlung (Post Processing). Besonders in der Medizintechnik im Dentalbereich hat diese Technologie bereits einen hohen Stellenwert, denn es gibt eine Vielzahl von zugelassenen und zertifizierten Werkstoffen. Aber auch in der Schmuckherstellung und im Design hat dieses Verfahren mit seiner hohen Auflösung und den feinen Details einen festen Platz und ist kaum noch wegzudenken.
Selective Laser Sintering (SLS)
Grundstoff beim Selective Laser Sintering ist ein feinpulverisierter Puder, der dünn auf ein Druckbett verteilt wird und dann mit Hilfe eines Lasers an einigen Stellen (Layer) so stark erhitzt wird, dass er gezielt schmilzt und sich verbindet. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das gesamte Bauteil so, Schicht für Schicht, reproduziert wurde.
Am Ende des Prozesses kann das Bauteil aus dem Pulverblock genommen werden, denn das nicht erhitzte oder geschmolzene Pulver dient hier als Stütz-Material und kann zum größten Teil wiederverwendet werden. Es gibt in diesem Verfahren bereits eine Vielzahl an Materialien (Kunststoffe, Metall, Keramik), die eine breite Akzeptanz und viele Einsatzmöglichkeiten in der Industrie gefunden haben. Die Objekte müssen allerdings in einem Post-Prozess gereinigt oder endbehandelt werden. Der Einsatzbereich reicht von Teilen für die Einzel- oder Sonderfertigung bis hin zu Produkten für die Serienfertigung, z. B. im Automobilbereich.
Fused Filament Fabrication (FFF oder auch FDM – Fused Deposition Modeling)
FDM ist das Verfahren, das wohl die meisten unter 3D-Druck verstehen.
Es funktioniert ähnlich wie eine Heißklebepistole. In einem Druckknopf (Extruder) wird ein Kunststoffstrang erhitzt und dann als dünner Faden auf ein Druckbett aufgebracht.
Schicht für Schicht entsteht so der gewünschte Gegenstand. Die Vorteile dieses Verfahrens sind sicher seine Einfachheit und das extrem kostengünstige und in einer großen Vielfalt erhältliche Material. Die Oberflächen und auch die Detailgenauigkeit sind in diesem Verfahren leider nicht ganz so gut wie in den anderen 3D-Druckverfahren, lassen sich aber ebenfalls durch eine gezielte Nachbehandlung gut anpassen.
Das FDM-Verfahren ist besonders durch das Open-Hardware-Projekt (RepRap) mit offenen Bauplänen bei Privat-Anwendern auf großes Interesse gestoßen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Anwendung des Extrusionsprinzipes dieses Verfahrens sehr leicht auch auf andere, z. B. zähflüssige Materialien wie Lebensmittel, Beton, Gips erweitern lässt.
Mehr zu 3D-Druckverfahren, Herstellern und Materialien lesen Sie in der nächsten Ausgabe, oder besuchen Sie uns auf der ALSO Channel Trends+ Visions (kurz CTV) am 20.04.2018 am Stand 115 – 3D-Druck, wo wir auch einige 3D-Drucker ausstellen werden und Sie sich persönlich zu diesem Thema bei unseren Spezialisten informieren können.