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3D Druck (3D Printing) - Einführung: Wie funktionieren 3D Drucker

3D-Druck ist ein Sammelbegriff für eine ganze Reihe unterschiedlicher Fertigungstechniken. Diese unterscheiden sich in Funktion und Technik und sind jeweils immer nur für bestimmte Materialien geeignet.

Allen Verfahren gemeinsam - sie stellen dreidimensionale Objekte her, indem Material in dünnen Schichten auftragen und fixieren (sog. additive Fertigung - im Gegensatz hierzu subtraktive Techniken wie Sägen, Bohren, Fräsen oder Wasserstrahlschneiden).

Die älteste 3D-Druck-Technik: Stereolithografie (SLA)
Ein Becken mit flüssigem Kunstharz ist die Grundlage für dieses Verfahren. Jede neue Schicht eines Modells wird durch die Erhöhung des Füllstandes erzeugt. Ausgehärtet wird die Flüssigkeit punktuell unter UV-Licht. Die Produktion kann entweder durch einen Druckkopf (punktweise) oder durch einen Beamer (schichtweise Projektion) erfolgen.
Wesentliches Merkmal der Stereolithografie sind feinste Details.

Fused Deposition Modeling (FDM) - Fused Filament Fabrication (FFF)
Damit werden Materialien verarbeitet, die beim Erhitzen weich und damit formbar werden (wie z. B. Modellierwachs, thermoplastische Kunststoffe wie ABS oder PLA, die als Plastikdraht - Filament - unterschiedlicher Dicke zur Verfügung stehen). Der Druckkopf von Fused Deposition Modeling Maschinen (FDM Maschinen) besitzt eine heiße Düse, in die das (feste) Rohmaterial geführt wird. Die Hitze weicht das Material auf und es entsteht ein dünner und weicher Faden, der aus der Düse austritt. Mit dem Druckkopf wird die äußere Kontur des gewünschten Objektes schichtweise aufgetragen (umfassende Linie); Flächen werden aus Schraffuren hergestellt (das Verfahren ist dem einer Heißklebepistole ähnlich). Sobald eine Schicht erstellt ist und das Material durch Abkühlung erstarrt beginnt der Druckkopf mit der nächsten - darüberliegenden - Schicht.

Selective Laser Melting (SLM), Selective Laser Sintering (SLS) und 3D-Druck (3DP)
Bei diesem Verfahren wird als Rohmaterial Pulver (z. B. Polimergips) verwendet. Eine dünne Pulverschicht wird durch einen Druckkopf verfestigt - wodurch das gewünschte Objekt schichtweise entsteht.
Bei SLM/SLS können auch Kunststoffe (z. B. Polyamid Pulver) oder Metalle (z. B. Stahl- oder Titan-Pulver) verarbeitet werden. Der Druckkopf verschmilzt bzw. sintert mit einem Laser die einzelnen Pulverkörnchen punktgenau - deswegen wird dieses Verfahren Selective Laser Melting (SLM) bzw. Selective Laser Sintering (SLS) genannt.
Ein weiterer Vorteil ist, daß sich damit auch farbige Modelle herstellen lassen indem mit einem Tintenstrahl-Druckkopf eine Farb- Bindemittel Mischung in die Pulverschicht einspritzt. Deswegen wird diese Variante des Pulverdrucks als3D-Druck (3DP) bezeichnet. Nicht benötigtes Pulver wird

Das PolyJet-Verfahren
Tröpfchenweises Drucken von Kunstharz, das anschließend per UV-Licht gehärtet wird. Durch die Kombination mehrerer simultan arbeitender Druck-Düsen und -Köpfe lassen sich auch Objekte aus verschiedenen Materialen (Farbe, Elastizität, Transparenz usw.) aufbauen.