3D-Druck, auch additive oder generative Fertigung genannt, ist ein Verfahren, bei dem Material schichtweise aufgetragen wird, um dreidimensionale Objekte herzustellen. Der Aufbau erfolgt computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen, die mittels CAD/CAM erstellt werden. Während des Aufbaus finden physikalische oder chemische Aushärtungs- oder Schmelzprozesse statt.
Typische Werkstoffe für den 3D-Druck sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und speziell aufbereitete Metalle. Inzwischen werden auch Kohlenstoff- und Graphitwerkstoffe für den 3D-Druck von Carbonbauteilen eingesetzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen formgebenden Verfahren werden keine speziellen Werkzeuge benötigt, um ein konkretes Produkt herzustellen.
Die Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks sind vielfältig. In der Industrie, im Modellbau und in der Forschung werden 3D-Drucker zur Herstellung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten eingesetzt. Auch in der Kunst und in der Medizin werden 3D-Drucker eingesetzt, beispielsweise zur Herstellung von Prothesen und Implantaten. Darüber hinaus gibt es Anwendungen im Heim- und Unterhaltungsbereich sowie im Bauwesen.
Die Geschichte des 3D Drucks
Der 3D-Druck hat eine lange Entwicklungsgeschichte hinter sich. 1981 erfand Chuck Hull die Stereolithografie, die 1983 erstmals in die Praxis umgesetzt wurde. Schon 1985 wurde das erste 3D-Konstruktionsprogramm veröffentlicht und im Jahr darauf reichte Hull die erste Patentanmeldung ein. 1987 wurde das Prinzip des Lasersinterns von Carl Deckard veröffentlicht und 1988 konnte der erste 3D-Drucker erworben werden. Im gleichen Jahr erfanden S. Scott Crump und seine Frau Lisa das Fused Layer Modeling, wofür 1991 die erste Anlage auf den Markt kam. Im Jahr 2000 führte das Unternehmen Objet die Polyjet-Technologie ein und seit 2010 ist ein Fused-Layer-Modeling-Drucker für den Heimbedarf erhältlich.
Seit etwa 2018 wird auch mit Schallwellen experimentiert, um dreidimensionale Objekte zu formen. Dabei wird Direct Sound Printing (DSP) eingesetzt, das 2022 von Forschern der Concordia-Universität vorgestellt wurde. Parallel dazu hat sich auch das 3D-Siebdruckverfahren aus dem bekannten Siebdruck entwickelt.
Die Vorteile eines 3D-Druck Services
Ein 3D-Druckservice bietet eine Reihe von Vorteilen. Zum einen können Unternehmen und Privatpersonen von niedrigen Produktionskosten profitieren, da sie sich die Anschaffung eines eigenen 3D-Druckers sowie die Personalkosten für Fachkräfte sparen. Zum anderen garantiert der 3D-Druck eine hohe Qualität und Schnelligkeit bei der Herstellung von Prototypen und Kleinserien. Durch die große Erfahrung und das breite Wissen über die verschiedenen 3D-Druckverfahren kann ein 3D-Druck-Dienstleister das optimale Druckverfahren für das gewünschte Teil auswählen und so die Produktion optimieren.
Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität in Bezug auf das Druckverfahren. Ein professioneller 3D-Druck Service verfügt in der Regel über mehrere 3D-Drucker, so dass je nach Art und Funktion des zu druckenden Teils das passende Verfahren ausgewählt werden kann. Dabei unterstützt ein 3D-Druck Service seine Kunden nicht nur bei der Auswahl des Verfahrens, sondern auch bei der Auswahl des Materials und der mechanischen Eigenschaften des zu druckenden Teils.
Darüber hinaus bietet ein 3D-Druck-Service eine klare Kostenstruktur, die es ermöglicht, die Kosten im Voraus einfach und präzise zu ermitteln. Dies erleichtert die Budgetplanung enorm und spart Zeit bei der Rechnungsstellung. Insbesondere bei der Herstellung von Kleinserien oder Ersatzteilen empfiehlt sich die Nutzung eines 3D-Druckservices. Ein professioneller Dienstleister kann große Stückzahlen von Teilen verschiedener Kunden in einem Durchgang herstellen, was sich positiv auf den Preis auswirkt.
Insgesamt bietet ein 3D-Druck-Service zahlreiche Vorteile wie niedrige Produktionskosten, hohe Qualität und Geschwindigkeit, Flexibilität in Bezug auf das Druckverfahren sowie eine klare Kostenstruktur. Darüber hinaus unterstützt ein professioneller Dienstleister seine Kunden bei der Herstellung von hochwertigen und funktionalen Prototypen oder Kleinserien durch Beratung und Expertise in der additiven Fertigung.
Verschiedene 3D-Druck Verfahren
Die gegebenen Informationen beschreiben verschiedene 3D-Druckverfahren, die in der Industrie und im privaten Bereich eingesetzt werden. Die grundlegende Vorgehensweise bei allen Verfahren ist die schichtweise Herstellung eines Modells. Im Folgenden werden die einzelnen Verfahren näher erläutert:
- 3DP – 3D Printing: Dieses Verfahren ähnelt dem Tintenstrahldruck. Dabei wird Polymergips mit einem Bindemittel gemischt und aus Düsen ausgegeben. Durch das Aufeinanderbringen vieler dünner Schichten entsteht das fertige Modell. Die Ergebnisse sind gut für den Modell- und Prototypenbau geeignet, jedoch weniger belastbar.
- EBM – Electron Beam Melting: Beim Elektronenstrahlschmelzen wird ausschließlich Metallpulver verwendet. Es wird auf einen Untergrund aufgetragen und mit einem Laser belichtet, um eine Verbindung mit der unteren Schicht herzustellen. Dieses Verfahren eignet sich besonders für anspruchsvolle Teile mit einem hohen Anspruch an Genauigkeit.
- FDM – Fused Deposition Modelling: Dieses Schmelzschichtungsverfahren wird für die Herstellung von Kunststoffmodellen und Bauteilen verwendet, die eine hohe Stabilität aufweisen sollen. Dabei wird Layer für Layer aus einem geschmolzenen Kunststoff aufgetragen. Bei extravaganter Form werden Stützgerüste mitgedruckt, die später entfernt werden müssen.
- MJP – Multi Jet Modelling: Bei diesem Verfahren werden entweder lichtempfindliche Polymerverbindungen oder mit einem Kleber vermischte Pulver durch Düsen aufgetragen. Das Verfahren gilt als sehr genau. Stützstrukturen aus Wachs oder einem Gerüst aus dem Polymer werden für Überhänge benötigt und später entfernt.
- SLS – Selektives Lasersintern: SLS ist ein fortschrittliches 3D-Druckverfahren, das die Verwendung verschiedener Werkstoffe ermöglicht, um hochwertige und präzise Bauteile mit hoher Haltbarkeit herzustellen. Im Verfahren wird ein Kubus Schicht für Schicht aufgebaut und der Laser verfestigt gezielt ausgewählte Bereiche des Pulvers. Nach Abschluss des Druckprozesses erhält man ein Werkstück, das noch von dem ungefestigten Pulver befreit werden muss. Das SLS-Verfahren wird in der Industrie aufgrund seiner Vielseitigkeit und seiner Robustheit sehr geschätzt. Es bietet eine ausgezeichnete Möglichkeit, Industrieteile, Kunststoff-Gehäuseteile und andere belastbare Werkstücke zu produzieren. Dieses Verfahren ist sehr präzise und ermöglicht es, komplexe Formen zu erzeugen, die mit anderen Fertigungsmethoden nicht herstellbar wären. Dabei können unterschiedliche Materialien, wie zum Beispiel Kunststoffe oder Metalle, verwendet werden, was dem Verfahren eine hohe Flexibilität verleiht. Aufgrund der hohen Qualität und der Eignung für die Produktion von funktionsfähigen Bauteilen, wird das SLS-Verfahren in vielen Branchen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Automobilindustrie und der Medizintechnik eingesetzt.
Diese 3D-Druckverfahren haben unterschiedliche Anwendungsbereiche und eignen sich für unterschiedliche Materialien und Anforderungen.