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Was ist der 3D-Druck?
3D-Druck ist ein Oberbegriff, unter dem sich mehrere additive Druckverfahren einreihen, mit denen sich Objekte von einem Computerprogramm ausgehend dreidimensional erschaffen lassen. Dabei werden technische Zeichnungen des anzufertigenden Bauteils in speziellen CAD-Programmen erzeugt. Diese werden an einen 3D-Drucker gesendet, der anschließend den Druck im Schichtbauverfahren durchführt.
3D-Druck-Verfahren im Überblick:
- FDM (Fused Deposition Modeling - Schmelzschichtung)- SLA (Stereolithografie - Kunstharz oder Resindruck)
- SLS (Selektives Lasersintern von Kunststoffen)
- SLM (Selektives Laserschmelzen von Metallen)
Wie funktioniert ein 3D-Drucker?
3D-Drucker gehören zu den technischen Errungenschaften, die in den vergangenen Jahren für große Aufmerksamkeit gesorgt und die vor allem bei Visionären große Hoffnungen für künftige revolutionäre Möglichkeiten im Bereich der Produktion ausgelöst haben. Doch viele Laien fragen sich noch immer: Wie funktioniert ein 3D-Drucker eigentlich? Die nachfolgenden Zeilen sollen darüber ein wenig Aufschluss geben.Definition des 3D-Druckers
Ein 3D-Drucker ist ein Gerät, in dem ein Verfahren zur Anwendung kommt, bei dem ein Material Schicht für Schicht aufgetragen wird und ein dreidimensionaler Gegenstand erzeugt wird. Beim Aufbau finden nicht selten auch chemische oder physikalische Schmelz- beziehungsweise Härtungsprozesse statt. Die Konstruktionseinheit des Drucks wird von einem Computer gesteuert, auf dem vorab der Bauplan für das fertigzustellende Werkstück erstellt wurde. Bei modernen 3D-Druckern kommen sowohl flüssige als auch feste Werkstoffe zum Einsatz, teilweise sogar Filamente aus Nebenprodukten, die bei Herstellungsprozesse abfallen.
Ein Benchy-Schiff aus PLA
Eulen aus PLA
Test- u. Kalibrierungsteil aus PLA
Beispiele von 3D-Druckern
Die Frage "Wie funktioniert ein 3D-Drucker" lässt sich nicht ganz pauschal beantworten, weil es verschiedene Druck-Verfahren gibt. Gemein ist bei allen nachstehenden Verfahren allerdings, dass das 3D-Filament auf einer Arbeitsplatte aufgetragen und Schicht für Schicht zusammengesetzt wird.
Stereolithographie
Die älteste und bis heute am weitesten verbreitete Technik ist die Stereolithographie. Das Stereolithographie-Verfahren geht auf den US-amerikanischen Erfinder und Ingenieur Charles W. Hull zurück, bei dem Kunstharz in ein kleines Becken gegossen wird. Ein UV-Laser belichtet dieses in einem nächsten Arbeitsschritt, sodass das Kunstharz aushärten kann. Diese Arbeitsschritte werden im Folgenden so oft wiederholt, bis das gewünschte Werkstück fertig ist. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass durch die sehr dünnen Schichten aus Harz, sehr feine und sehr glatte Schichten hergestellt werden können.
Selektives Lasersintering (SLS)
Das zweite Verfahren trägt die Bezeichnung Selektives Lasersintering. Auch dieses Verfahren ist unter den 3D-Druckern weit verbreitet. Hier kommen verschiedene Materialien in Pulverform zum Einsatz. Üblicherweise werden Metalle, Kunststoffe oder Keramiken verwendet. Im ersten Arbeitsschritt wird das Pulver auf einer Arbeitsplatte verteilt. In einem zweiten Schritt kommt dann ein Laser zum Einsatz, der mithilfe eines Roller- oder Rakelmechanismusses das Arbeitsmaterial verschmilzt und zu dem gewünschten Objekt formt.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Das dritte Verfahren hört auf den Namen Fused Deposition Modeling oder wird im Deutschen auch als Schichtschmelzverfahren bezeichnet. Auch dieses Verfahren wird recht häufig von modernen 3D-Druckern angewendet. Auch mit diesem Verfahren können verschiedene Materialien verarbeitet werden, die durch beheizte Düsen geleitet und dabei geschmolzen werden. Im Anschluss wird das flüssige Material in einzelnen Schichten auf einer Arbeitsplatte aufgetragen und trocknet nach der Modellierung aus.
Luminated Object Manufacturing
Bei dem dem "Luminated Object Manufacturing"-Verfahren kommt vor allem Papier zum Einsatz, aber auch die Verarbeitung von Kunststoff ist möglich. Der Drucker klebt das Material schichtweise aufeinander. Anschließend wird ein Messer oder ein Laser als Schneidewerkzeug eingesetzt, der die Modellierarbeiten übernimmt.
Stereolithographie
Die älteste und bis heute am weitesten verbreitete Technik ist die Stereolithographie. Das Stereolithographie-Verfahren geht auf den US-amerikanischen Erfinder und Ingenieur Charles W. Hull zurück, bei dem Kunstharz in ein kleines Becken gegossen wird. Ein UV-Laser belichtet dieses in einem nächsten Arbeitsschritt, sodass das Kunstharz aushärten kann. Diese Arbeitsschritte werden im Folgenden so oft wiederholt, bis das gewünschte Werkstück fertig ist. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass durch die sehr dünnen Schichten aus Harz, sehr feine und sehr glatte Schichten hergestellt werden können.
Selektives Lasersintering (SLS)
Das zweite Verfahren trägt die Bezeichnung Selektives Lasersintering. Auch dieses Verfahren ist unter den 3D-Druckern weit verbreitet. Hier kommen verschiedene Materialien in Pulverform zum Einsatz. Üblicherweise werden Metalle, Kunststoffe oder Keramiken verwendet. Im ersten Arbeitsschritt wird das Pulver auf einer Arbeitsplatte verteilt. In einem zweiten Schritt kommt dann ein Laser zum Einsatz, der mithilfe eines Roller- oder Rakelmechanismusses das Arbeitsmaterial verschmilzt und zu dem gewünschten Objekt formt.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Das dritte Verfahren hört auf den Namen Fused Deposition Modeling oder wird im Deutschen auch als Schichtschmelzverfahren bezeichnet. Auch dieses Verfahren wird recht häufig von modernen 3D-Druckern angewendet. Auch mit diesem Verfahren können verschiedene Materialien verarbeitet werden, die durch beheizte Düsen geleitet und dabei geschmolzen werden. Im Anschluss wird das flüssige Material in einzelnen Schichten auf einer Arbeitsplatte aufgetragen und trocknet nach der Modellierung aus.
Luminated Object Manufacturing
Bei dem dem "Luminated Object Manufacturing"-Verfahren kommt vor allem Papier zum Einsatz, aber auch die Verarbeitung von Kunststoff ist möglich. Der Drucker klebt das Material schichtweise aufeinander. Anschließend wird ein Messer oder ein Laser als Schneidewerkzeug eingesetzt, der die Modellierarbeiten übernimmt.
Vor- und Nachteile der Geräte
Ein 3D-Drucker kann seinem Nutzer viel Spaß bereiten, und es lässt sich mit ihm eine Vielzahl an Gegenständen und Formen modellieren. Sollen die Arbeiten jedoch sehr detailgetreu werden, dann sollte das Gerät schon etwas hochwertiger sein. Dies spiegelt sich natürlich in den Anschaffungskosten wieder, und gute Geräte kosten mindestens 1000 Euro. Und auch das Material ist nicht günstig. Ein aus einer Massenfertigung stammendes Produkt ist immer günstiger, als ein selbst hergestelltes Unikat.Ausblick auf die Zukunft
Nachdem jetzt die Frage "Wie funktioniert ein 3D-Drucker" und die Vor- und Nachteile der Geräte geklärt wurden, soll an dieser Stelle noch ein kurzer Ausblick auf die Zukunft gegeben werden. Gerade im Bereich der Industrie oder der Forschung haben 3D-Drucker in der Vergangenheit sich einen großen Raum erkämpft, und Experten gehen davon aus, dass sie im Zeitalter einer fortschreitenden Automatisierung noch weiteren Boden gut machen und auch Arbeitsplätze vernichten werden. Wurden in diesen Bereichen zunächst nur einzelne Komponenten hergestellt, lassen sich mit den Druckern mittlerweile ohne Probleme komplette Werkstücke produzieren. Bei der Herstellung von Autos, Flugzeugen, organischen Materialien oder anderen Maschinen spielen sie schon jetzt eine wichtige Rolle. Eine große Ausbreitung im privaten Bereich blieb trotz einer anfänglichen Euphorie bislang aus, was vor allem an den hohen Anschaffungs- und Materialkosten lag. Sicherlich werden 3D-Drucker auch den privaten Bereich weiter erobern, aber mit Sicherheit so schnell keine Revolution auslösen.