Der 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing [AM]). Dabei handelt es sich um ein Prozess, der im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungsmethoden Objekte aus 3D-Modelldaten, normalerweise Schicht für Schicht, durch Verbinden von Materialien herstellt. Das Druckverfahren unterliegt einem enormen Hype. Fachleute meinen, dass mit dem 3D-Druck in der Zukunft "Alles" hergestellt werden kann.
Es gibt drei verschiedene 3D-Drucktechniken (Lasersintern, Stereolithografie, Schmelzschichtung). Unterschiedlich sind die verwendeten Ausgangsmaterialien und die Modellierungstechnik. Als Vorlage für den 3D-Druck dient keine Textdatei wie bei den üblichen Druckern, sondern eine 3D-Vorlage, wie Sie mit einer CAD-Software entworfen werden kann. Die gängigsten Dateitypen sind STL (Standard Triangulation Language), VRML (Virtual Reality Modeling Language) und X3D (Extensible 3D). Mit diesen Vorlagen wird der 3D-Drucker versorgt. Das Modell wird dann aus schmelzbaren Materialen, Pulver oder auch aus einer bestimmten Flüssigkeit aufgebaut. Alle drei gängigen 3D-Drucker-Typen tragen dünne Schichten auf, die einzeln ausgehärtet werden.
Der 3D-Druck besteht aus dem Lasersintern1 und dem herkömmlichen 2D-Druck mit einem Tintenstrahldrucker. Ein Mehrfarb-Druckkopf verteilt farbige Tinte auf einer dünnen Schicht aus gipsähnlichem Pulver. Ein der Tinte beigemischtes Bindemittel lässt nur die bedruckte Stellen aushärten. Die fertigen Modelle werden abschließend in Kunstharz getaucht um eine glattere Obfläerche zu gewährleisten. Diese Technik kommt ohne Stützmaterial aus, jedoch ist das Material vergleichsweise schwer und spröde. Das Patent für diese Vorgehensweise wird von Z-Corporation gehalten.
1 Bei dem Lasersintern werden die Materialien Kunststoff und Metall verwendet. Ein Schieber verteilt das Rohmaterial, welches hier in pulverform verwendet wird, wieder in Schichtform auf der Arbeitsplatte und ebenso wie bei der Stereolithografie wird mit einem UV-Laser punktuell das Material erhitzt und die Körnchön verschmelzen ineinander. Anders als bei der Stereolithografie2allerdings ist das verbleibende Pulver stabil genug um als Stütze für das entstehende Modell zu dienen, es wird nach Beendigung des Prozesses einfach abgebürstet und kann wieder verwendet werden. Modelle, die mit dieser Technik hergestellt werden haben oft eine raue Oberfläche sind aber wesentlich flexibler und stabiler als andere Modelle. Ein Spezialist auf diesem Gebiet ist die Firma EOS.
2 Bei der Stereolithografie werden aus Kunstharz detaillierte Modelle mit glatter Oberfläche hergestellt. Das Kunstharz wird Schicht für Schicht, wobei eine Schicht nicht dicker als der Bruchteil eines Millimeters ist, in ein Becken gegossen und mit Hilfe eines UV-Lasers punktuell belichtet und ausgehärtet. Nach dem Belichten und Aushärten einer Schicht wird die nächste darauf gegossen, solange bis das Objekt fertig gedruckt wurde. Das restliche, noch flüssige Kunstharz, welches keine Verwendung findet ist zu instabil um das Objekt, das gerade hergestellt wird zu tragen, deshalb wird ein zweites sogenanntes Stützmaterial benööigt, welches später natürlich wieder entfernt wird. Hersteller von Druckern, die diese Technik verwenden sind 3D-Systems und Objet. Wobei Objet auch noch ein Patent auf ein Verfahren hält, bei dem mit lichtdurchlässigem Material gearbeitet wird und auf das sogenannte PolyJet-Verfahren, bei dem in einem Arbeitsvorgang mit mehreren verschiedenen Materialien gleichzeitig gedruckt werden kann.
quelle: EDV Systeme Worms GmbH
Das Schmelzschichtungsverfahren (FDM [Fused Deposition Modeling]) ist das am weitesten verbreitete 3D-Druck-Verfahren. Bei dem Verfahren besteht das Ausgangsmaterial aus thermoplastischen Filamenten, die während des Fertigungsprozesses zuerst verflüssigt und anschließend wieder in der gewünschten und durch das CAD-Modell festgelegten Form verfestigt wird. Der geschmolzene Kunststoff wird Schicht für Schicht auf einem durch das CAD-Modell vorgegebenen Pfad aufgetragen (extrudiert), so wird nach und nach das gesamte Teil aufgebaut. FDM ist aufgrund seiner hohen Genauigkeit, niedrigen Fertigungskosten und einer großen Auswahl an unterschiedlichen Materialien eines der weitverbreitetsten 3D-Druckverfahren der Welt.