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3D-Drucker: Die Technologie im Überblick

Aus dem
t3n Magazin Nr. 28

06/2012 - 08/2012

Dreidimensionale Druckverfahren sind kein neues Phänomen, die Industrie hat die Verfahren schon lange für sich entdeckt. Nun wird die faszinierende Technologie auch im Privatbereich immer beliebter. Die Anwendungsgebiete sind breit gefächert, der Kreativität sind kaum Grenzen gesetzt. Wir zeigen, wie der 3D-Druck funktioniert und welche Geräte auch für Privatanwender erschwinglich sind.

3D-Drucker: Die Technologie im Überblick

Wie alles begann ...

Die ersten Anwendungsgebiete der 3D-Druck-Technologien fanden sich in der Automobilindustrie. Die schnelle und kostengünstige Methode zur Herstellung von Prototypen und Modellen setzte sich dort schon bald als beliebte Fertigungstechnik durch. Aus der Anwendung heraus entstand der Begriff „Rapid Prototyping“. Je weiter die Entwicklung voranschritt, desto höher wurde die Qualität der Erzeugnisse, und man begann mit der Erstellung von Spezialwerkzeugen – dem „Rapid Tooling“. Zuletzt überzeugte die Technologie auch in der Massenfertigung, und das „Rapid Manufacturing“ war geboren. Die 3D-Druck-Technologien ergänzten traditionelle Verarbeitungstechniken. Das Einsatzgebiet erweitert sich zusehends, die verwendeten Materialien reichen von Beton über Papier und Kunststoff bis hin zu Metall und menschlichem Gewebe. Vor allem im medizinische Bereich bieten die Rapid-Technologien neue Möglichkeiten der Behandlung.

Die Technik dahinter

3D-Druck zählt zu den generativen Fertigungsverfahren. Diese Verfahren zerlegen den Herstellungsprozess dreidimensionaler Objekte in einen zweidimensionalen Prozess. Zu Beginn wird mit einer CAD-Software ein dreidimensionales Modell auf dem Computer erstellt. Ein namhaftes Beispiel ist Google Sketchup. Die neueste Entwicklung im Bereich 3D-Modellierung ist browserfähige Software, die ohne Installation auf dem Computer verwendet werden kann. Tinkercad ist hier ein bekannter Vertreter. Auch Apps, welche die Modellierung von 3D-Objekten nun auch auf mobilen Endgeräten ermöglichen, sind bereits auf dem Markt. Erst kürzlich präsentierte Autodesk seine App „Autodesk 123D“. Die intuitive Verwendung tritt hier in den Vordergrund und soll den Zugang zu Modellierung erleichtern. Die mit der Modellierungs-Software erstellten Modelle werden danach mittels einer speziellen Software in Scheiben geschnitten, vergleichbar mit Höhenschichtlinien. Die erzeugten zweidimensionalen Ebenen werden beim Produktionsprozess nacheinander gedruckt und erzeugen wieder das dreidimensionale Objekt. Die Produktion erfolgt komplett automatisiert, die Drucker müssen nicht manuel gesteuert werden. Nachbearbeitungen sind aber meist notwendig, um beispielsweise Hilfskonstruktionen bei überhängenden Objekten zu entfernen.

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Dieser Leuchtkörper konnte mittels trotz seiner Struktur in einem einzigen Produktionsschritt gefertigt werden.
Im Detail unterscheidet man folgende Techniken: Stereolithografie (SLA), Selektive Laser Sintering (SLS), Fused Deposition Modeling (FDM), Laminated Object Manufacturing (LOM) und 3-Dimensional Printing (3DP).

Die Stereolithografie (SLA) ist das ältestes und ausgereifteste unter den schichtweise arbeitenden Verfahren. Ausgehend von einem Verfahren, das UV-Lampen zur Aushärtung von Beschichtungsharzen benutzte, entwickelte Chuck Hull bereits in den 1980er Jahren die erste Stereolithografieanlage. Das Verfahren der damaligen Maschine prägt auch heute noch das Bild der modernen Stereolithografie.

Das Verfahren der SLA basiert auf der Verwendung eines mit flüssigem Photopolymer gefüllten Baubehälters und eines Lasers. Als Photopolymere werden Stoffe bezeichnet, die durch ultraviolette Lichteinwirkung ihre Eigenschaften ändern. Für diese Anwendung werden unterschiedliche Harze verwendet. In dem Fall der SLA verbinden sich durch Auftreffen des Laserstrahls die Moleküle des Harzes und ergeben eine feste Masse.

hard 3D Drucker Abbildung 2 Tinkercad
Die Benutzeroberfläche der browserfähigen Modellierungssoftware Tinkercad ist überschaubar und einfach zu bedienen. Die Anwendung kann direkt im Browserfenster ausgeführt werden. Ein Download der Software ist nicht erforderlich.

Die Benutzeroberfläche der browserfähigen Modellierungssoftware Tinkercad ist überschaubar und einfach zu bedienen. Die Anwendung kann direkt im Browserfenster ausgeführt werden. Ein Download der Software ist nicht erforderlich.Der Laser bearbeitet die zu verfestigende Schicht, durch Absenken der Bauplattform legt sich neues Harz über die bereits verfestigte Schicht, und der Vorgang wird wiederholt. Schicht für Schicht entsteht so das gewünschte Objekt. Wie bei allen flüssigen Ausgangsmaterialien ist auch bei Objekten mit Überhängen eine Stützkonstruktion notwendig. Hierfür wird – im Gegensatz zu anderen Verfahren – das gleiche Baumaterial wie für das Endprodukt verwendet. Die Entfernung des Stützmaterials erfolgt von Hand und ist ein notwendiger Nachbearbeitungsschritt.

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2 Antworten
  1. von Sebastian am 24.05.2012 (18:32 Uhr)

    Wo sind jetzt hier die Links aus dem Artikel?

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  2. von cheatha am 22.01.2013 (09:24 Uhr)

    Und wer mal selbst was drucken möchte: Im RaumZeitLabor haben wir so einen 3D Drucker! Kommt doch einfach mal vorbei! http://raumzeitlabor.de

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