Wie funktioniert der 3D-Druck?

Chuck Hull erfand im Jahr 1981 die Stereolithografie. Die Umsetzung des Verfahrens in die Praxis erfolgte zwei Jahre später. Seit 1985 befindet sich sein 3D-Konstruktionsprogramm auf dem Markt. Die erste Patentanmeldung publizierte er im folgenden Jahr. Mittlerweile sind 3D-Drucker weit verbreitet. Viele Experten sehen in ihnen eine revolutionäre Alternative für den Produktionssektor.

Wofür steht der Begriff 3D-Drucker?

Ein 3D-Drucker ermöglicht die Herstellung dreidimensionaler Objekte. Bei dem Verfahren wird schichtweise das ausgewählte Material aufgetragen. Oft geht es mit chemischen oder physikalischen Härtungs- bzw. Schmelzprozessen einher. Verbunden ist das Gerät mit einem Computer. Er erstellt den Bauplan für das jeweilige Werkstück und steuert den Konstruktionsprozess. Mit einem 3D-Drucker können sowohl feste als auch flüssige Materialien verarbeitet werden.

Vorteile der 3D-Druck-Technologie

Ein spezialisierter 3D-Druck-Dienstleister bietet ein breit gefächertes Leistungsspektrum, das von der fachgerechten dreidimensionalen Konstruktion über die Optimierung von Bauteilen bis zu voll funktionsfähigen Produkten reicht. Kunden profitieren von einer ganzheitlichen Begleitung – sie beginnt mit der Idee für ein Objekt, zieht sich über die Testphase von Prototypen und endet mit der fertigen individuellen Schöpfung. Die 3D-Druck-Technologie steht für höchste Effizienz bei maximaler Flexibilität. Zu ihren Vorteilen gegenüber klassischen Herstellungsverfahren zählen:

  • erhebliche Verringerung des Materialverbrauchs
  • mögliche Anfertigung von Werkteilen mit komplexer Geometrie, filigranen Formen, im Innenbereich liegenden Strukturen sowie Freiräumen
  • leichteres Endproduktgewicht
  • kostengünstiger

3D-Drucker werden in zahlreichen Bereichen, darunter Industrie, Forschung, Werkzeugherstellung und Modellbau, eingesetzt. Selbst für die Anfertigung individueller Möbelstücke, explizit für einen bestimmten Wohnraum, werden sie herangezogen.

Funktionsweise des 3D-Drucks einfach erklärt

Es gibt unterschiedliche 3D-Druck-Varianten, jede funktioniert auf ihre eigene Art und Weise.

Laser-Sintern

Beim sogenannten Selective Laser Sintering, kurz SLS, kommt meist pulverförmiges Material aus Keramik oder Metall zur Anwendung. Darüber hinaus kann mit Kunststoff beschichteter Formsand genutzt werden. Das Gerät verfügt über zwei nebeneinanderliegende Becken, die jeweils mit einer Hebebühne ausgestattet sind. Eines davon beherbergt das Ausgangsmaterial. Dieses wird von einer Walze aufgenommen, die über die benachbarte Hebebühne rollt. Durch den Einsatz von einem Laser sintert bzw. schmilzt das Pulver, verbindet sich und härtet aus. Danach ist die erste Schicht bereits fertig. Im Anschluss fährt die Hebebühne im Bauteilbecken etwas tiefer, die des Pulverbeckens hingegen höher. Sodann beginnt die Walze mit der nächsten Auflage und der zuvor beschriebene Vorgang wiederholt sich. 3D-Drucker, die mit dem SLS-Verfahren arbeiten, wurden insbesondere für die Industrie entwickelt.

Fused Deposition Modeling

Die Abkürzung von Fused Deposition Modeling ist FDM. Es gilt als das am häufigsten genutzte Verfahren. Auf Deutsch übersetzt bedeutet die Bezeichnung „Schmelzschichtung“. Verschiedene Materialien können herangezogen werden. Grundvoraussetzung ist, dass diese unter Hitzeeinfluss schmelzen, wodurch sie formbar werden. Mögliche Substanzen sind PVA, PET und Nylon (thermoplastische Kunststoffe), selbst Wachs und Schokolade lassen sich verwenden. Zur Erhitzung wird das Material in eine Düse gegeben, dort verflüssigt es sich. Im Anschluss daran erfolgt die Auftragung auf bestimmte Stellen einer Ebene, danach die Abkühlung, die für eine Aushärtung des Bauteils sorgt. Ebenso wie bei dem vorbezeichneten Verfahren wird auf diesem Weg eine Schicht nach der anderen hergestellt. FDM wird häufig auch von Privatanwendern bevorzugt. Es gilt im Vergleich zu SLS als günstigere Alternative, denn sowohl der Drucker selbst als auch das genutzte Material liegen in einer niedrigeren Preisklasse.

Stereolithografie

Sie ist die älteste der 3D-Drucktechniken und benötigt als Ausgangsmaterial flüssiges Epoxidharz, das in ein Becken gefüllt wird. Auch hier ist eine Hebebühne integriert, die sich auf- und abwärts bewegen kann. Sie ist die Plattform für das entstehende Modell. Nachdem die erste Schicht des Harzes unter Lasereinfluss ausgehärtet ist, fährt sie etwas weiter nach unten. In der Regel wird jeweils eine Schichtdicke von 0,05 bis 0,25 mm gewählt. Das nächste Epoxidharz breitet sich auf der zuerst erstellten, getrockneten Lage aus. Bei der weiteren Aushärtung verbindet sie sich nahtlos mit der darunter befindlichen Schicht. Schritt für Schritt entsteht so ein 3D-Objekt.