3D Druck und 3D Druckverfahren
1. Was ist 3D-Druck?
Als 3D-Druck werden umfassend alle Verfahren der Fertigung bezeichnet, bei denen durch einen 3D-Drucker dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden. Beim 3D-Druck werden mit Hilfe einer Software Modelle festgelegt und anschließend werden verflüssigte Materialien wie Kunststoff oder Metall Schicht für Schicht aufgetragen. Dieser Aufbau erfolgt computergesteuert nachdem man die Modelle, also Maße und Formen, vorgibt. Im 3D-Druck finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Materialen, die für die Fertigung der Modelle im 3D-Druck verwendet werden, sind Kunststoff, Kunstharz, Keramik und Metall. Der 3D-Druck dient 2019 der Industrie, dem Modellbau und der Forschung um Modelle, Prototypen und Endprodukte zu fertigen. Die Fertigung durch den 3D-Drucker geschieht zudem schnell und kostengünstig.
Der 3D-Druck wird im Jahre 2019 immer öfter zum Beispiel von Künstlern genutzt. So muss der Künstler bevor er die Oberfläche an seinem gedruckten Objekt behandelt und gestaltet, dieses als erstes am Computer mithilfe einer Software planen und danach am 3D-Drucker durch den Druck in die Realität umsetzen lassen. Sogar Pläne für ein Gebäude können am Computer entworfen und durch den 3D-Druck umgesetzt werden. In diesem Fall ist der 3D-Drucker dann größer als das Gebäude.
In unserem 3D-Druck-Studio, in dem wir qualitativ hochwertige Drucker und einen speziellen Service bieten, nutzen wir eine bestimmte Software, mit der wir sogar Modelle von unseren Kunden fertigen können. Lassen Sie sich bei uns fotografieren und sehen Sie, wie der 3D-Drucker und die entsprechende Software Sie in Miniaturausgabe erscheinen lässt. Ein 3D-Drucker mit 3D-Scanner darf im Jahre 2019 auch nicht fehlen. Objekte werden per eingescannt, mit der entsprechenden Software bearbeitet und gehen dann wieder vom 3D-Drucker aus in den Druck.
2. Was ist ein 3D-Drucker?
3D-Drucker sind Maschinen mit denen sich dreidimensionale Werkstücke herstellen lassen. Auf Basis digitaler 3D-Modelle (CAD-Datei) erfolgt die Fertigung und der Druck des Objekts aus dem 3D-Drucker im Schichtaufbauverfahren aus flüssigen oder festen Materialien. Für den Druck werden nicht erst seit 2019 Metall, Sand, Keramik, Polymergips oder Filament benutzt. Als Filament bezeichnet man üblicherweise Kunststoffe wie PLA und ABS, können aber auch Metall, organische Materialien oder Lebensmittel sein. Der Erfinder der 3D-Drucker ist ein Amerikaner namens Chuck Hull. Seit 1986 wird der 3D-Druck als Stereolithographie bezeichnet. Je nach Branche verwendet man für das Druck-Verfahren auch die Synonyme „Rapid Prototyping“ oder „Additive Fertigung“, da das Objekt nach und nach ihre Form bekommt. Weitere Begriffe sind das Selektive Lasersintern (SLS) und das Direct Metal Printing (DMP). In der Industrie verwendet man den 3D-Druck bereits auch seit einigen Jahren, um Prototypen oder Einzelbauteile herzustellen.
3. Welche 3D-Druck-Verfahren gibt es?
Das additive Verfahren im 3D-Druck sagt offensichtlich aus, dass die Materialien auf additive Weise hinzugegeben werden. Es wird Schicht für Schicht aufeinander aufgebaut und dann miteinander verbunden. Durch die additive Fertigung können schnell, flexibel und kostengünstig Produkte hergestellt werden. Die häufigsten 3D-Druck-Verfahren sind:
- Stereolithografie (SLA)
- Selektives Lasersintern (SLS)
- Multi Jet Fusion (MJF)
- Polygrafie
- Fused Deposition Modeling (FDM)
- Selektives Lasermelting (SLM)
- 3D Printing (3DP)
Das 3D-Druck-Verfahren wird bereits seit einigen Jahren und auch bis 2019 hinaus noch in der Industrie verwendet, um Prototypen oder Einzelbauteile herzustellen. An der Ausarbeitung und Weiterentwicklung der 3D-Drucker wird stetig gearbeitet, da dieser für den Privatgebrauch und auch für die Industrie eine Bereicherung ist und sinnvolle Möglichkeiten bietet. Schon bald werden immer mehr Privatpersonen die Leistung der 3D-Drucker in Anspruch nehmen wollen.
4. Wie funktioniert der 3D-Drucker?
Im 3D-Druck gibt es mehrere Verfahren. Unter anderem gibt es 3D-Drucker, die nach dem sogenannten Schmelzdruckverfahren (Fused Deposition Modeling, kurz FDM) arbeiten. Nachdem beim FDM das Material hoch erhitzt und verflüssigt wird, kann es in diesem flüssigen Zustand durch einen sogenannten Extruder auf eine Arbeitsplattform am 3D-Drucker gespritzt werden. Dabei werden die Werkstoffe in sehr dünnen Schichten aufgetragen. Ein Laserstrahl im 3D-Drucker härtet das Material Lage für Lage aus. Während bei der Fertigung der Laser konstant auf gleicher Höhe arbeitet, senkt sich die Arbeitsplattform am Drucker Stück für Stück.
Mit einem 3D-Drucker kann man ganz einfach Objekte wie Schmuck, Spielzeug oder Stiftbecher herstellen lassen. Unsere professionellen Drucker stellen auch komplexere, sehr belastbare Objekte und perfekte Kurven her. Bei einem 3D-Drucker ist es wichtig, welche Materialien verwendet werden können und wie sie verarbeitet werden. Zudem spielen auch Geschwindigkeit und Auflösung eine wichtige Rolle. Beim 3D-Druck muss sich streng an die Regeln des Urheberrechts gehalten werden. Besonders im gewerblichen Gebrauch sowie bei Patenten und Gebrauchsmustern.
4.1. 3D-Druck für Privatpersonen
Wer braucht 2019 noch einen 3D-Drucker für zu Hause? Ob Modellautos, Puppen, Ersatzteile, Schach- oder andere Spielfiguren oder anderes Spielzeug – durch den 3D-Druck können bei uns alle möglichen Objekte geschaffen werden.
Einen 3D-Drucker für Zuhause ist 2019 nicht mehr nötig. Man kann sogar Ersatzteile oder abgebrochene Handtuchhaken schnell ausdrucken lassen und ersetzen. Selbst Hüllen oder Gehäuse für technische Kleingeräte wie Smartphone oder Tablet können wir schnell mit unserem 3D-Drucker ausdrucken.
Man kann seiner Kreativität freien Lauf lassen indem man sogar Schmuck- und Modeaccessoires mithilfe der Drucker selber designen und herstellen lassen kann. Möchten Sie im 2019 eine Kleinigkeit verschenken? Bei uns sind mit Hilfe von den passenden Materialien und unserem hochwertigen 3D-Drucker die Möglichkeiten etwas zu entwerfen grenzenlos.
4.2. 3D-Druck in der Industrie
Im Jahr 2019 ist der 3D-Druck in der Industrie nicht mehr wegzudenken. Neben flüssigem Kunststoff werden Pulver aus Metall oder Keramik als Materialien für den Drucker verwendet. Sogar Sand wird zu 3D-Objekten verarbeitet.
In der Industrie werden 2019 3D-Drucker, die Metall verarbeiten können, immer interessanter. Während bestimmte Metallobjekte für anderen Verfahren zu komplex sind, lassen sie sich mit einem 3D-Drucker ganz leicht herstellen. Verschiedene Arten von Metall und Legierungen können für den 3D-Druck verwendet werden.
4.3. Extruder – die Druckerpatrone für den 3D-Drucker
Der Extruder ist ein wichtiges Bauteil aller 3D-Drucker. Hierin wird nämlich das Material erhitzt. Es erhitzt Filament wie PLA und ABS, Metallpulver oder Sand auf die gewünschte Arbeitstemperatur. Sobald das Material flüssig ist, spritzt der Extruder, ähnlich wie bei einer Druckerpatrone, das verflüssigte Material durch feine Düsen auf die Arbeitsplattform und druckt somit das Objekt.
Für den 3D-Drucker werden Mehrfach- und Single-Extruder angeboten. Oft sind Dual-Extruder oder Single-Extruder im Einsatz. Je hochwertiger ein Extruder ist und je gleichmäßiger dieser das Material auf die Arbeitsfläche spritzt, umso sauberer wird der 3D-Druck. Zudem ist es wichtig, wie fein die Materialien sein dürfen, um die Düse des Extruders passieren zu können.
4.4. Filament – die Tinte im 3D Drucker
Filament im 3D-Drucker gleicht der Tinte im klassischen Tintenstrahl-Drucker. Für den 3D-Druck bzw. das FDM-Verfahren werden meistens thermoplastische Kunststoffe wie PLA, ABS und andere benutzt.
ABS wird zum Beispiel für die Herstellung von Lego®-Bausteinen verwendet und steht für Acrylnitril-Butadien-Styrol.
ABS ist als Filament hitzebeständiger und stabiler als PLA, da es erst ab 100 Grad Celsius anfängt weich zu werden. Allerdings schrumpft ABS beim Abkühlen stark. Diese Eigenschaft lässt den Stoff schwerer verarbeiten. Damit die ersten Schichten sich nach dem Auftragen nicht schon zusammenziehen und so das ganze Stück verformen, muss die Arbeitsplatte für ABS beheizt werden.
Mit dem PLA-Filament (Polylactid) können im Gegensatz zu ABS auch 3D-Drucker-Laien gut arbeiten. PLA fängt im Gegensatz zu ABS bei niedrigeren Temperaturen schon an zu schmelzen. Zudem ist PLA viel einfacher zu verarbeiten. Außerdem ist es bei PLA vorteilhaft, dass es nach dem Abkühlen nicht so sehr schrumpft. Da das Filament schon bei 60 Grad Celsius weich wird, sollten damit angefertigte Objekte im Sommer jedoch nicht bei hohen Temperaturen im Auto liegen gelassen werden.
PLA – auch Polyester der Milchsäure genannt – ist sogar unter besonderen Bedingungen biologisch abbaubar. Je feiner das Filament, umso feiner kann auch das Endprodukt vom Drucker verarbeitet werden. Für den 3D-Druck wird das Filament wie Draht um eine Spule gewickelt angeboten.
Sogar Sand kann dem 3D-Drucker als Tinte dienen und verarbeitet werden. In der Industrie verwendet man neben PLA und ABS zudem auch Metallpulver oder Keramikpulver.
5. Wer braucht einen 3D-Drucker?
Privatpersonen sowie auch Unternehmen bietet ein 3D-Drucker einen großen Nutzen. Künstler, die den 3D-Druck in Anspruch nehmen möchten, können mit dessen Hilfe ihrer Kreativität freien Lauf lassen. Für den Architekten ist der 3D-Drucker im Jahre 2019 ein wichtiges zeitsparendes Arbeitsmittel. Modelle können ganz leicht und ohne Aufwand hergestellt werden. Auch Archäologen können durch den 3D-Druck Modelle und eine originalgetreue Replik ihrer Fundstücke herstellen, damit das Original besser geschützt und erhalten werden kann. Die Tinte kann 2019 sogar nicht nur aus ABS, PLA und Filament bestehen, sondern auch aus Lebensmitteln.
6. Welche Vorteile haben der 3D-Druck und die 3D-Druck-Verfahren im Jahre 2019?
Sie möchten die Möglichkeit nutzen, vom 3D-Druck Gebrauch zu machen, sind aber noch nicht ganz überzeugt? Der 3D-Druck hat viele Vorteile, die im Vergleich mit anderen Arten der Fertigung deutlich werden: Bei abtragenden oder umformenden Techniken wie Fräsen, Schmieden, Schweißen, Bohren oder Löten gibt es oftmals bei der Herstellung komplexer Geometrien Probleme. Beim 3D-Druck können durch das additive Verfahren auch Hohlräume oder innenliegende Strukturen problemlos gestaltet werden.
Der 3D-Druck ist sehr materialsparend, da bei den Rapid Prototyping Verfahren im Vergleich zu materialabtragenden Verfahren nur das Material verwendet wird, das gebraucht wird.
Der 3D-Druck ist eine sehr nachhaltige Form der Fertigung, was im Jahre 2019 nicht mehr unwichtig ist. Da einige Materialien während der Bearbeitung nicht mit einem Laser, UV-Licht oder Bindemittel in Berührung kommen, können diese als Materialien für einen nächsten Druck nochmals verwendet werden.
Es gibt viele weitere Vorteile des Rapid Prototyping Verfahrens im 3D-Druck:
- Schnellere & kostengünstigere Produktion
- Funktionale und komplexe Modelle
- Hohe Flexibilität im Produktionsprozess
- Filigrane Modelle
- Individualisierung der Modelle
- Schnelle Adaption bei Änderungswünschen
7. Welche sind die Anwendungsgebiete der 3D-Drucker?
Es besteht ein Unterschied darin, Modelle, Prototypen und Einzelstücke herzustellen einerseits und der Serienfertigung andererseits:
3D-Druck wird bis 2019 in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt um Modelle, Prototypen und Einzelstücke herzustellen:
- Architektur
- Kunst und Design
- Modellbau
- Automobilbau
- Maschinenbau
- Bauverfahren (Contour Crafting)
- Fertigung von Ersatzteilen für den Eigenbedarf
- Wissenschaftlichen Laboratorien
In diesen Bereichen wird 3D-Druck zur Serien-Fertigung genutzt:
- Verpackungsindustrie
- Luft- und Raumfahrtindustrie
- Bioprinting
- Medizin- und Zahntechnik
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