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3D Druck / additive Fertigung

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3D Druck von Aschauer
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Additive Fertigung
Allgemeine Grundlagen
Additive Fertigung (Additive Manufacturing / AM, umgangsprachlich: 3D-Druck) bezeichnet alle Fertigungsverfahren bei denen Materialien Schicht für Schicht aufgetragen und so drei-dimensionale Werkstücke erzeugt werden.
Aus dem CAD-Modell des Werkstücks wird ein Modell in Scheibchen erzeugt (Slicing), das anschließend von der AM-Maschine schichtweise gedruckt wird. Der Druckpfad wird hierbei von der Slicing-Software berechnet.
Typische Werkstoffe in der Additiven Fertigung sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken, Metalle sowie Carbon- und Graphitmaterialien, wobei es vom 3D-Druckverfahren abhängt, welches Material druckbar ist.
Die große Freiheit bei den realisierbaren Geometrien, der sparsame Materialeinsatz im Gegensatz zu den Verfahren der subtraktiven Fertigung und das Entfallen von Werkzeugen sind einige der wichtigsten Vorteile der Additiven Fertigung.

3D Druck: Vorteile und Vorzüge

Über den 3D-Druck kursiert ein Vorurteil, das noch aus der Pionierzeit des innovativen Druckverfahrens stammt: Die Methode eignet sich angeblich nur zur zeitnahen Herstellung von Prototypen. Das allerdings hat sich in großen Bereichen bereits geändert. Es ist unbestritten: 3D-Druck befindet sich technologisch noch in seiner Anfangsphase. Dennoch gibt es bereits jetzt Einsatzgebiete, die über das Rapid Prototyping hinausgehen und in vielen Branchen neue Akzente setzen können.

Lesen Sie hier, in welchen Branchen 3D-Druck heute schon Sinn macht.

Systemvorteile durch den Einsatz von 3D-Druck

Unabhängig von der Branche bietet 3D-Druck drei systemische Vorteile, die sich in angewandte Prozesse umwandeln lassen:

  • Rapid Prototyping: Das gewünschte Bauteil ist in kürzerer Zeit herstellbar als mit jedem anderen Verfahren.
  • Der additive 3D-Druck erlaubt auch die Herstellung komplexer Bauteile.
  • 3D-Druck kann zu neuartigen Materialstrukturen führen, beispielsweise durch die Einlagerung von Luftpolstern. Auf diese Weise sind Einsparungen bei Volumen und Gewicht möglich, ohne Abstriche bei der Stabilität machen zu müssen.

Nachteile

Natürlich hat der 3D-Druck auch Schwachstellen, die nicht von der Hand zu weisen sind. Insbesondere die Herstellung großer Serien mit hohen Stückzahlen ist bisher noch nicht die Domäne des 3D-Drucks. Auch die Produktion von Bauteilen mit besonders hoher Materialdichte oder mit besonderen Oberflächeneigenschaften ist zur Zeit noch nicht in vollem Umfang realisierbar. Hier ist noch einiges an Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu leisten.

Die folgenden Fallbeispiele sollen Ihnen vor Augen führen, in welchen Bereichen 3D-Druck heute schon strategisch wichtige Aufgaben erfüllen kann:

Maschinenbau

Gerade im Bereich des Maschinenbaus kommt es vielfach auf die schnelle und kostengünstige
Verfügbarkeit von Komponenten an. Ob beim Rapid Prototyping oder bei der Herstellung spezieller Bauteile – gerade über das additive Verfahren lassen sich auch komplexe Werkstücke unkompliziert und schnell umsetzen.

3D-Druck erlaubt Optimierungen bei Kosten und Langlebigkeit, die so auf andere Weise nur schwer erreichbar wären. So lässt sich der Materialaufwand durch die Gestaltung dünnerer Wände und einer flexiblen Materialauswahl exakt an die anvisierten Zielvorgaben anpassen.

Von besonderer Bedeutung ist dabei die Reproduzierbarkeit. Es erfordert keinen zusätzlichen Entwicklungsaufwand, ein bereits programmiertes Werkstück wiederholt auszudrucken. Eine typische Anwendung, die im Maschinenbau durch den Einsatz von 3D-Druck möglich wird, ist das Selektive Lasersintern (SLS). Viele Unternehmen betonen hier besonders die flexiblen Optionen bei der Gestaltung der Geometrie und die einfache Art und Weise, in der dadurch der Ersatz des Bauteils realisierbar ist. Besonders werden immer wieder die Kostenvorteile hervorgehoben, die durch die hundertprozentige Reproduzierbarkeit von Komponenten und die dadurch möglich werdende Mehrfachproduktion identischer Teile entstehen.

Die wesentlichen Vorteile zusammengefasst:
hohe geometrische Gestaltungsfreiheit bei Leichtbaukonstruktionen, Funktionsintegration und integrale Bauteilgestaltung.

Orthopädie

In diesem medizinischen Anwendungsbereich spielt der 3D-Druck seine Stärken vor allem bei der Herstellung komplexer, an den Patienten angepasster Implantate aus. Das gilt in gleichem Maße für die Dentalmedizin. Durch 3D-Druck lassen sich über das additive Verfahren sowohl standardisierte als auch individuell gestaltete Implantate aus speziellen, für die Implantologie geeignete Materialien herstellen. Insbesondere in der Chirurgie kommen dabei metallische oder polymere Teile zum Einsatz.

Noch befindet sich der medizinische 3D-Druck vielfach in der klinischen Testphase, da hier eine Reihe strenger Richtlinien zu beachten ist. Dennoch ist der Regeleinsatz bereits abzusehen: Gerade durch die additive Herstellung lassen sich komplexe geometrische Formen verwirklichen, was für den Einsatz in der Orthopädie von grundsätzlicher Bedeutung ist. Bereits heute im Echteinsatz sind metallische Implantate für Gelenke und polymere Instrumente, wie sie beispielsweise in der Tumorchirurgie für komplexe Rekonstruktionen zum Einsatz kommen. Auch hier kommt es insbesondere auf die additive Produktion an, die solche Komponenten erst möglich macht.

Architektur

In diesem Bereich liegt der Fokus beim 3D-Druck hauptsächlich bei der Herstellung detaillierter
Modelle. Gegenüber der herkömmlichen manuellen Fertigungsweise aus Holz oder Styropor bietet der 3D-Druck auch noch einen deutlichen Zeitvorteil: Die Modelle stehen erheblich schneller zur Verfügung als bei der klassischen Vorgehensweise.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit, die Gebäudestruktur nachträglich zu verfeinern oder zu erweitern. Das liefert erheblich präzisere und detailliertere Teile und erlaubt damit eine spürbar höhere Qualität bei der Präsentation.

Ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks in der Architektur liegt in der Datenmigration. Da bereits für das 3D-Druckmodell digitale Konstruktionsdaten vorliegen, lassen sie sich ohne zusätzlichen Programmieraufwand in ein CAD-System übertragen und dort weiterverarbeiten. Das erhöht die Produktivität und senkt gleichzeitig die Kosten. Zudem fallen potentielle Fehlerquellen weg, die bei der Kommunikation mit Drittanbietern entstehen können.

In der Architektur sind die Einsatzgebiete für den 3D-Druck besonders weit fortgeschritten. Er kommt bei der Produktion mehrfarbiger und maßstabsgerechter Modelle ebenso zur Anwendung wie bei der Steigerung der Detailtreue. Sogar die Herstellung der Transportboxen lässt sich mit 3D-Druck bewerkstelligen.

Vielfältige Anwendung in zahlreichen Branchen

3D-Druck bietet ein riesiges Potenzial faszinierender Möglichkeiten – und die Grenzen sind noch
nicht einmal annähernd ausgelotet. Die markantesten Vorteile sind die Gestaltung auch komplexer Bauteile, die hohe Detailtreue, die flexible Art der Herstellung und die Vielzahl an Materialien, die zum Einsatz kommen können. Dabei ist die Zeit bis zum ersten produzierten Teil erheblich kürzer als bei jedem anderen Fertigungsverfahren – und das bei spürbar geringeren Kosten.

Gerne beraten und unterstützen wir Sie bei jeder Frage zum 3D-Druck in Ihrer Branche und zu Ihren ganz konkreten 3D-Druck-Projekten. Werfen Sie am besten einen Blick in unseren 3D Druck Konfigurator (Online). Hier können Sie Ihren Prototypen oder Ihre Kleinserie selbst konfigurieren – direkt von Ihrem Computer aus.
Und wenn noch Fragen offen sind, stehen wir jederzeit gerne zur Verfügung – telefonisch unter +43 2252 54680 oder per E-Mail an office@aschauer.com

Erstellung von 3D-Dateien – Alles Wissenswerte zum 3D-Druck

Als erfahrene Experten im Bereich des 3D-Drucks erhalten wir regelmäßig Fragen zu der additiven Fertigung und zu den Anforderungen, die für die Erstellung einer 3D-Druckdatei vonnöten sind. Im nachfolgenden Artikel haben wir die meist gestellten Fragen für Sie in einer übersichtlichen Form zusammengefasst und fachmännisch beantwortet.

Erstellung einer eigenen 3D-Datei – Die wichtigsten Fragen

1. Wie können Sie eigene 3D-Modelle erstellen?
2. Wie stellen Sie sicher, dass Ihr 3D-Modell optimal gedruckt wird?
3. Welche Wandstärken gibt es beim 3D-Druck?
4. Was müssen Sie bei der Konstruktion Ihrer Wandstärken im Detail beachten?
5. Was müssen Sie beim Selektiven Lasersintern (SLS) bei der Erstellung von Zwischenwänden beachten?
6. Wie stark müssen die erhabenen und vertieften Details mindestens sein?
7. Welche Software benötigen Sie für die Erstellung eines 3D-Modells?

Eine eigene 3D-Datei bei uns in Auftrag geben – Die wichtigsten Fragen

8. Können Sie Ihre eigenen 3D-Modelle ausdrucken lassen?
9. Wie laden Sie Ihr 3D-Modell in unserem Online-Konfigurator hoch?
10. Benötigen Sie für den 3D-Druck eine STL-Datei?
11. Welche 3D-Dateiformate können Sie in unserem 3D-Online-Konfigurator hochladen?
12. Was können Sie tun, falls beim Hochladen der 3D-Dateien Farben oder Texturen verloren gehen?
13. Wie werden die Preise für 3D-Modelle im Detail berechnet?
14. Werden Ihre 3D-Modelle auf jeden Fall vertraulich behandelt?

1. Wie können Sie eigene 3D-Modelle erstellen?
Generell müssen Sie bei der Konstruktion und der Modellierung Ihrer 3D-Dateien folgende Dinge beachten:

  • jedes 3D-Modell muss wasserdicht (vollständig geschlossen) sein
  • es darf weder offene Kanten noch undichte Stellen geben
  • wünschen Sie sich eine glatte Oberfläche, muss Ihr 3D-Modell eine hohe Anzahl an Polygonen besitzen
  • Ihr 3D-Flächenobjekt sollte entweder als Dreiecks- oder als Vierecks-Netz definiert sein
  • jeder allfällige Teilkörper muss vollständig geschlossen sein und kann in Ihr Modell “hineingesteckt” werden
  • in der Regel beträgt die minimale Wandstärke 0,8 mm, jedoch hängt dieser Wert von den verwendeten Materialien ab
  • welche besonderen Eigenschaften die verwendeten Technologien besitzen
  • wo die Technologien im Idealfall eingesetzt werden
  • welche Materialen sich dabei verwenden lassen

2. Wie stellen Sie sicher, dass Ihr 3D-Modell optimal gedruckt wird?
Vor dem Druck überprüfen wir jedes Ihrer Modelle. Sollten wir auf ein Problem stoßen, werden wir Sie kontaktieren und finden gemeinsam eine passende Lösung. Selbstverständlich helfen wir Ihnen gerne bei der Reparatur oder Überarbeitung Ihrer 3D-Konstruktionen.

3. Welche Wandstärken gibt es beim 3D-Druck?
Die Antwort auf diese wichtige Frage hängt hauptsächlich von den gewählten Materialien und dem jeweiligen 3D-Druckverfahren ab. Beispiele: Die kleinstmögliche Wandstärke kommt im Metalldruck zum Einsatz und beträgt 0,3 mm. Beim CJP-Druck mit Polymergips oder im FDB-Druckverfahren mit Quarzsand oder PMMA-Kunststoff ist eine Wandstärke von maximal 2,0 mm möglich. In der Technologie-Übersicht sehen Sie die jeweils erforderlichen Wandstärken.

4. Was müssen Sie bei der Konstruktion Ihrer Wandstärken im Detail beachten?
Damit Ihr 3D-Modell über die nötige Stabilität verfügt sollten Sie sicherstellen, dass die Wandstärke mindestens 0,8 mm beträgt. Dieser Wert gilt für die Außenwände und die Zwischenwände Ihres Modells. Weiter unten in der Abbildung sehen Sie einen illustrierten Wert und dieser bezieht sich auf den SLS-Druck mit PA-Kunststoff.

5. Was müssen Sie beim Selektiven Lasersintern (SLS) bei der Erstellung von Zwischenwänden beachten?
Sämtliche Zwischenwände in Ihren SLS-3D-Druck-Modellen sollten eine Stärke von mindestens 1 mm aufweisen. Dadurch stellen Sie sicher, dass Ihre gedruckten 3D-Modelle eine optimale Stabilität besitzen.

6. Wie stark müssen die erhabenen und vertieften Details mindestens sein?
Wünschen Sie eine möglichst fehlerfreie Ausführung sämtlicher vertieften und erhabenen Details in Ihren 3D-Modellen, sollte die Stärke mindestens 0,5 mm betragen.

7. Welche Software benötigen Sie für die Erstellung eines 3D-Modells?
Möchten Sie Ihre geplanten 3D-Modelle selber erstellen, benötigen Sie in jedem Fall eine passende 3D-Modelling-Software. Sie profitieren von einer riesigen Auswahl an kostenlosen sowie kostenpflichtigen Programmen und können Ihre Wahl entsprechend Ihrer persönlichen Ansprüche und Vorkenntnisse treffen. Für unerfahrene Anfänger sind die Programme “Smoothie 3D-Software” und “Google SketchUp” besonders empfehlenswert. Für erfahrenere Anwender mit CAD-Vorkenntnissen empfehlen sich die Programme “Blender” und “OpenSCad”. Legen Sie Wert auf das traditionelle Zeichnen, empfiehlt sich vor allem das Programm “Sculptris”. Empfehlenswerte kostenpflichtige CAD-Software für fortgeschrittene Anwender sind “Simplify 3D” und “Auto CAD”.

8. Können Sie Ihre eigenen 3D-Modelle ausdrucken lassen?
Natürlich können Sie Ihre eigenen 3D-Modelle mit wenigen Mausklicks in unserem 3D-Konfigurator hochladen. Die Software überprüft Ihre Datei automatisch auf die wichtigsten Eigenschaften einer 3D-Konstruktion. Wenige Augenblicke später erfahren Sie, ob Ihre Datei konform ist.

9. Wie laden Sie Ihr 3D-Modell in unserem Online-Konfigurator hoch?
Zuerst einmal registrieren Sie sich in unserem 3D-Druck-Store und melden sich mit Ihren Daten an. Anschließend klicken Sie auf den Button “Datei auswählen” und laden Ihre Datei hoch. Wurde diese im Hinblick auf die 3D-Druckbarkeit überprüft, wählen Sie einfach Ihre gewünschten Materialen und die Nachbearbeitungen aus. Nachdem Ihr 3D-Modell entsprechend konfiguriert wurde, erhalten Sie sofort passende Angebote. Nun können Sie einfach das Angebot mit der kürzesten Lieferzeit oder das Angebot mit dem günstigsten Preis wählen.

10. Benötigen Sie für den 3D-Druck eine STL-Datei?
Das STL-Format (Surface Tesselation Language-Format) hat sich als das gängige Dateiformat für 3D-Dateien durchgesetzt. Aus diesem Grund gibt es einige 3D-Druck-Anbieter auf dem Markt, die eine STL-Datei zwingend voraussetzen. Die E. Aschauer GmbH möchte es Ihnen so einfach als möglich machen. Deshalb akzeptieren wir auch andere Datei-Formate, wie die beliebten OBJ-Dateien.

11. Welche 3D-Dateiformate können Sie in unserem 3D-Online-Konfigurator hochladen?
Wir können fast jedes der gängigen 3D-Dateiformate lesen und die Formate bei Bedarf direkt umwandeln. Nachfolgend sehen Sie alle 3D-Dateien, die wir ohne einen zusätzlichen Aufwand weiterverarbeiten können:

  • 3DS, ASC, CATPart, DXF, EXP
  • IGS, MODEL, OBJ, PLY, PRT
  • STL, STP, UVM, WRL, X_T, ZPR

12. Was können Sie tun, falls beim Hochladen der 3D-Dateien Farben oder Texturen verloren gehen?
Bei manchen 3D-Formaten, wie zum Beispiel bei OBJ-Dateien, ist es erforderlich, dass Sie alle Dateien zuerst einmal in einen, einzigen ZIP-Ordner komprimieren. Danach wählen Sie beim Hochladen Ihres 3D-Modells den ZIP-Ordner auf Ihrem Computer aus. Dadurch verhindern Sie den Verlust von Farben oder Texturen.

13. Wie werden die Preise für 3D-Modelle im Detail berechnet?
Die nachfolgenden Faktoren wirken sich auf den Preis unseres Online-3D-Druck-Service aus:

  • die Materialmenge (diesen Parameter legen Sie in Ihren 3D-Dateien fest), die Sie für Ihren Auftrag insgesamt benötigen
  • die Maschinenlaufzeit, die für die Erstellung Ihres 3D-Modells benötigt wird
  • die Arbeitszeit aller Mitarbeiter, die am 3D-Druckvorgang beteiligt sind
  • das von Ihnen ausgewählte Material (Kunststoff ist beispielsweise günstiger als Silber) für den 3D-Druck
  • die individuelle Auslastung unserer 3D-Druck-Anlagen

Je optimaler sich die Auslastung planen lasst, desto günstiger der Preis. Benötigen Sie Ihren 3D-Druck so schnell als möglich, kostet Sie das in der Regel mehr. In einem solchen Fall nehmen wir keine Rücksicht auf die optimale Auslastung.

14. Werden Ihre 3D-Modelle auf jeden Fall vertraulich behandelt?
Sie können sich bei uns zu 100 Prozent sicher sein, dass kein Dritter Ihre Entwürfe oder Ihre gefertigten 3D-Modelle sieht. Wir können Ihnen diese absolut vertrauliche Behandlung gerne vertraglich zusichern.

Die additive Fertigung – Definition, Erklärung, Eigenschaften und Vorteile

Die additive Fertigung ist ganz einfach betrachtet die technische Bezeichnung (kommt vorwiegend in der Industrie zum Einsatz) für den 3D-Druck. Im Detail handelt es sich bei dieser Technologie um eine schichtweise oder aufbauende Fertigung von einzelnen Teilen oder Objekten. Damit unterscheidet sich die additive Fertigung deutlich von der subtraktiven und der formativen Fertigung von Bauteilen, die unter anderem beim Schleifen, Drechseln oder Fräsen entstehen. Im nachfolgenden Artikel erfahren Sie, weshalb der 3D-Druck und die additive Manufacturing nicht zu 100 Prozent das gleiche sind. Des Weiteren erklären wir Ihnen, welche Rollen das Direct Digital Manufacturing und das Rapid Prototyping bei der additiven Fertigung spielen.

So funktioniert die additive Fertigung im Detail

Das wesentliche Merkmal der additiven Fertigung ist das schrittweise Hinzufügen von Materialien, anstatt diese zu entfernen. Die mit dieser Technologie gefertigten Teile entstehen aus diversen Materialien. Tausende, winzige Schichten verbinden sich zu einem einzigen Objekt. Am Fertigungsprozess beteiligt sind ein Computer, eine spezielle CAD-Software und ein Drucker. Die Software leitet den Auftrag direkt an den Drucker weiter und dieser fertigt (druckt) die gewünschten 3D-Formen. Jedes individuelle Objekt wird Schicht für Schicht und streng nach CAD-Plänen sowie Computer-Dateien gefertigt. Die einzelnen Schichten sind hauchdünn. Dadurch lassen sie sich mehrfach übereinander drucken und bis zur vollständigen Fertigung der 3D-Form nahtlos miteinander verschmelzen.

Welche Vorteile besitzt die additive Fertigung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren?

Der mit Abstand größte Vorteil ist die überaus hohe Flexibilität bei der Produktion. Dadurch können Sie wesentlich komplexere Formen herstellen als bei allen herkömmlichen Verfahren, wie beim Schleifen oder Fräsen. Dank den vorteilhaften Eigenschaften der additiven Fertigung können Sie in den meisten Fällen auf zusätzliche Rahmenkonstruktionen, stärkere Bandbreiten oder Stützen verzichten. Aufgrund der quasi nahtlosen Form lässt sich diese deutlich stabiler produzieren als mit anderen Verfahren. Neben der hohen Flexibilität besitzt die additiven Fertigung noch viele weitere Vorteile wie:

  • 3D-Druckteile lassen sich ohne Aufwand aushöhlen und dies spart Kosten und Material
  • Sie profitieren von einer großen Auswahl an weiteren Materialien, die Ihren individuellen
    Ansprüchen an Widerstandsfähigkeit, Flexibilität und Dichte noch besser entsprechen
  • mittels Rapid Prototyping und CAD-Planung lassen sich Ihre Objekte noch schneller planen und fertigen

Verwandte Technologien und verschiedene Arten der additiven Fertigung

Beschäftigen Sie sich mit der additiven Fertigung bzw. der 3D-Druck-Technologie, werden Sie recht schnell auf viele fachspezifische Begriffe, wie DDM, Rapid Prototyping oder 3D-Printing stoßen. Wir erleichtern Ihnen den Einstieg und erklären Ihnen die wichtigsten Fachbegriffe.

DDM – Direct Digital Manufacturing

Beim Direct Digital Manufacturing wird ein beliebiges Objekt direkt über das CAD-Dokument gedruckt. Das DDM greift für die Umsetzung dieses wichtigen Prozesses auf die 3D-Druck-Technologie zurück. Einfach ausgedrückt beschreibt das Direct Digital Manufacturing die Herstellung von Objekten mittels der additiven Fertigung.

Rapid Prototyping

Dieser Fachbegriff beschreibt die schnelle Herstellung eines Prototypen oder Modells mithilfe einer CAD-Software. Die Prototypen/Modelle werden anschließend von einem 3D-Drucker konstruiert. Dank dem Rapid Prototyping können Sie als Designer, Ingenieur oder Maschinenbauer gleich mehrfach und zeitnah individuelle Änderungen an Ihren Konstruktionen vornehmen. Erst wenn Sie mit dem Ergebnis vollkommen zufrieden sind produzieren Sie das Modell in einer deutlich größeren Auflage.

3D-Printing

3D-Printing und 3D-Druck beschreiben grundsätzlich ein und denselben Fertigungsvorgang. Jedoch betrachten sie den Vorgang aus 2 unterschiedlichen Blickwinkeln. Der Fachbegriff “additive Fertigung” fokussiert sich auf viele unterschiedliche Fertigungsverfahren: Die subtraktive Fertigung, die formative Fertigung und die additive Fertigung. In den meisten Fällen wird der 3D-Druck als einzelner Prozess-Schritt im Rahmen der dreidimensionalen Fertigung (vom Scanning bis zum Druck) betrachtet.

Die additive Fertigung in einem einfachen Satz erklärt:

Im Bereich der additiven Fertigung gibt es viele unterschiedliche Blickwinkel und viele artverwandte Begriffe. Jedoch zeigen alle Begriffe und Blickwinkel auf den zentralen Kern der vorteilhaften Fertigungsmethode:

“Durch die additive Fertigung lassen sich aus den verschiedensten Materialien komplexe Objekte, die auf CAD-Dateien basieren, schnell und einfach herstellen”.

Mit jeder neuen Technologie wird der 3D Druck für Sie etwas leichter zu handhaben, etwas nützlicher und kann Ihr Leben auf ganz neue Art und Weise bereichern.
Welche fünf revolutionären Technologien das Feld des 3D Drucks künftig revolutionieren werden und welche Auswirkungen Sie bereits heute spüren können, das verraten wir Ihnen in diesem Überblick.

1. Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (oder kurz KI) ist aus der modernen Technik nicht mehr wegzudenken. Denn durch die maschinellen Fähigkeiten der Auswertung großer Datenmengen und der entsprechenden Antizipation lassen sich revolutionäre Schnittstellen erzeugen – und das gilt auch für den 3D Druck.
Doch was bedeutet dies konkret für den 3D Druck? Zum einen kann KI auf Softwareseite die Erstellung von 3D-Modellen für den Druck und auch die Arbeit an sich schneller, einfacher und intuitiver gestalten. Gleichzeitig ist die KI aber auch zur Stelle, wenn sich doch einmal Fehler in den Druckprozess eingeschleust haben, denn mit Hilfe der Artificial Intelligence können diese schneller behoben werden. Das ist praktisch für die private Nutzung und ein echter Quantensprung überall dort, wo 3D Drucker gebraucht werden.

2. Mehr und bessere Polymere

3D Druck und die Einsatzzwecke hängen natürlich stark von den zur Verfügung stehenden Materialien ab. Das betrifft auf der einen Seite einen Fokus und die konsequente Weiterentwicklung des 3D Drucks von Metallen, vor allem aber auch die Forschung im Bereich der Polymerverbindungen.
Unternehmen wie BASF investieren stark in die Forschung, um neue Polymere für den Druck herzustellen. Die synthetischen oder chemisch modifizierten Polymere sind ideal für den Druck.

3. 3D Druck in Bewegung

Vor allem im Automotive-Sektor kann der 3D Druck viel leisten und dank neuer leistungsfähiger Drucker und Prozesse wird die Bedeutung der Druckanwendungen auch im Automobilbereich immer größer.
Das E-Mobil Strati setzt bereits heute stark auf den 3D Druck und wurde bereits 2014 in nur 44 Stunden gedruckt und zusammengesetzt.
Auch Hersteller, die weniger auf 3D Druck setzen und ihre Modelle nicht gleich komplett drucken wollen, profitieren aber von der Technologie. Das betrifft das Rapid Prototyping – seit jeher eine Stärke des 3D Drucks – und die Herstellung von Ersatzteilen. Lange Lieferzeiten haben damit ein Ende, das ist hierzulande praktisch und kann in vielen Bereichen entscheiden sein.

4. Heilung aus dem Drucker

Der 3D Druck zeigt im medizinischen Bereich bereits, wie nützlich die maßgenaue, schnelle und präzise Fertigung von Teilen sein kann. Hüftgelenke, Zahnersatz oder Prothesen zu drucken, das ist inzwischen weder Zukunftsvision noch Trend.
Aber mit neuen Bioprint-Technologien könnte die Medizin zukünftig sogar Organe drucken. Der Print organischen Zellmaterials könnte die Transplantationsmedizin revolutionieren und Leben retten. Dabei gilt, je komplexer das Organ, desto schwieriger der Druck. Während Nieren vergleichsweise diffizile Organe sind, ist der Druck einer Leber und vor allem des Herzens in greifbarer Nähe. Und weil kompatible Zellen zum Druck verwendet werden, sinkt sogar die Gefahr, dass das neue Organ abgestoßen wird.

5. Bessere Software

Entscheidend für den Druckprozess sind natürlich nicht nur Hardware und Ausgangsmaterial, sondern auch die Software. Von medizinischen Einsatzgebieten bis hin zur Automobilität oder dem privaten Druck einer Kabelklemme ist die Software der Schlüsselfaktor, der die Schnittstelle zwischen Idee und Resultat darstellt.
Mit effizienteren Lösungen, wirtschaftlicherer Infrastruktur und einer stärkeren Integration der Cloud wird der 3D Druck auch für private Anwendungen nahbarer. Gleichzeitig zeigen Anstrengungen im Bereich der Open-Source-Software, dass 3D Druck eine Schlüsseltechnologie ohne Einstiegshürden sein kann.

Faszination 3D Druck – die wichtigsten Trends

3D Druck ist für uns bei E. Aschauer GmbH ein spannendes Themenfeld, eben weil sich die Technologie rapide weiterentwickelt. Und mit jeder neuen Technik, mit jedem neuen Prozess eröffnen sich neue Anwendungsbeispiele für verschiedene Branchen, die den 3D Druck voran treiben.
Bleiben Sie gemeinsam mit uns am Puls der Zeit und erfahren Sie als erstes von den großen Quantensprüngen und den kleinen Evolutionen im 3D Druck.

Die optimale 3D-Druck-Technologie für jedes Einsatzgebiet

Die riesige Auswahl an unterschiedlichen additiven Fertigungs-Methoden erschwert Ihre Suche nach einer optimal geeigneten 3D-Druck-Technologie deutlich. In vielen Fällen gibt es für Ihre individuellen Anforderungen gleich mehrere passende Technologien und dadurch verlieren Sie schnell den Überblick. Im nachfolgenden Artikel stellen wir Ihnen die verschiedenen 3D-Druck-Technologien ausführlich vor. Wir erklären Ihnen, welche Eigenschaften die unterschiedlichen additiven Fertigungs-Methoden besitzen, welche Materialien verwendet werden und für welche Einsatzgebiete die 3D-Druck-Technologien geeignet sind.

BJ – Binder Jetting

Bei dieser 3D-Druck-Technologie kommen verschiedene Materialien, wie PMMA oder Quarzsand zum Einsatz. Diese werden Schicht für Schicht mithilfe eines speziellen Bindemittels miteinander verklebt. Das Binder Jetting arbeitet mit vielen unterschiedlichen Materialarten und ist eine vergleichsweise kostengünstige und schnelle Technologie. Es lassen sich Einzelteile in Vollfarbe realisieren. Die Druckteile kommen direkt aus den Maschinen und besitzen begrenzte, maschinelle Eigenschaften. Mit der passenden Nachbearbeitung lassen sich die Eigenschaften jedoch problemlos auf Ihre Ansprüche abstimmen.

Einsatzgebiete: Anschauungsmodelle, Formenbau und Werkzeugbau
Materialien: PMMA und Quarzsand

DPP – Daylight Polymer Printing

Bei diesem 3D-Druck-Verfahren werden Photopolymere (flüssige Kunststoffe) durch einen speziellen DPP-Projektor gehärtet.

Einsatzgebiete: Dummybau, Funktionsteile und Urmodelle
Materialien: Photopolymer Daylight Flexible und Photopolymer Daylight Firm

FDM – Fused Deposition Modeling / FFF – Fused Filament Fabrication

Bei diesen beiden 3D-Druck-Technologien wird ein drahtförmiger Kunststoff zuerst aufgeschmolzen und anschließend schichtweise aufgetragen. Ihr 3D-Druckmodell wird schichtweise hergestellt: Aus den einzelnen Schichten entsteht ein komplexes Teil. Somit lassen sich mit den Verfahren Fused Deposition Modeling und Fused Filament Fabrication komplexe Bauteile ohne eine zusätzliche Stütz-Konstruktion fertigen.

Einsatzgebiete: Anschauungsmuster, Konzeptionsmodelle und Prototypenbau
Materialien: ABS und ABS-ESD7, FDM Nylon 6(TM), PA 6, PC/ABS, PC und PLA

MJF – Multi Jet Fusion

Bei der MJF fährt ein kleiner Schlitten mit mehreren Tintenstrahldüsen über den gesamten Druckbereich. Dieser Schlitten legt das spezielle Fixierungsmittel auf eine dünne Kunststoffpulver-Schicht. Zur gleichen Zeit wird ein Detaillierungsmittel (verhindert das Sintern) in die Kantennähe der Teile gedruckt. Danach fährt eine leistungsstarke Infrarot-Energiequelle über das fertige Baubett und durchtrennt ausschließlich die Bereiche mit dem Fixiermittel. Der Rest des Pulvers bleibt bei diesem Vorgang unberührt. Die gesamte Multi Jet Fusion wird so lange wiederholt, bis sämtliche Teile vollständig sind. Zusammenfassung: Bei diesem 3D-Druck-Verfahren wird die Binderflüssigkeit von einem Druckkopf in ein Kunststoff-Pulverbett gedruckt. Das Kunststoffpulver wird durch die wärmeleitende Flüssigkeit gebunden.

Einsatzgebiete: Architektur, Flugzeugindustrie und Verbraucherprodukte
Material: PA-12

SLA – Stereolithografie

Bei dieser 3D-Druck-Technologie werden die Photopolymere durch einen leistungsstarken UV-Laser gehärtet. Die modernen SLA-Drucker erstellen ohne Aufwand komplizierte und detaillierte Designs. Im Gegensatz zum Fused Deposition Modeling sind die einzelnen Schichten nicht mechanisch, sondern chemisch miteinander verbunden. Ihre Kleinserien und 3D-Modelle profitieren dennoch von einer hohen, mechanischen Festigkeit.

Einsatzgebiete: Kleinserien, Modellbau und Präsentationsmittel
Materialien: Resin

SLM – Selektives Laserschmelzen

Die Verfahren DMLS (Direct Metal Laser Sintering) und SLM (Selective Laser Melting) stellen die Teile auf eine ähnliche Art und Weise wie das SLS-Verfahren her. Jedoch werden bei beiden Verfahren Teile aus Metall verwendet. Beim Selective Laser Melting schmilzt das Pulver vollständig, während das Pulver beim Direct Metal Laser Sintering nur so lange erwärmt wird, bis es chemisch verschmilzt. Das DMLS lässt sich ausschließlich mit Legierungen, wie beispielsweise Legierungen aus Nickel oder Ti64 verwenden. Im Gegensatz dazu funktioniert das SLM auch mit Einkomponenten-Metalle (beispielsweise Aluminium).

Im Gegensatz zum SLS-Verfahren werden beim DMLS und SLM spezielle Stütz-Konstruktionen benötigt. Diese müssen die hohen Eigenspannungen, die beim Bauprozess entstehen, ausgleichen. Zudem sinken dadurch auch die Wahrscheinlichkeiten eines Verzugs oder eine Verzerrung. Das Direct Metal Laser Sintering ist der mit am Abstand meist verwendete Metall-AM-Prozess und besitzt die größte, installierte Basis. Im Vergleich dazu wird das Metallpulver beim Selektiven Laserschmelzen durch einen leistungsstarken Laser schichtweise aufgeschmolzen.

Einsatzgebiete: Automobilindustrie, Ersatzteile und Maschinenbau
Materialien: AlSi10Mg, 1.2709, 1.4404, Corrax, CuCr1Zr und TiAl6V4

SLS – Selektives Lasersintern

Bei diesem 3D-Druck-Verfahren werden feste Teile aus Kunststoff produziert. Ein leistungsstarker Laser sintert dünne Schichten aus dem pulverförmigem Material. Als Erstes wird beim Selektiven Lasersintern eine Pulverschicht auf eine Bauplattform aufgetragen. Der Laser ertastet, sintert und verfestigt den Querschnitt des speziellen Bauteils. Anschließend wird eine Schicht von der Bauplattform abgetragen und direkt eine neue Pulverschicht aufgetragen. Der gesamte Prozess wiederholt sich so lange, bis ein festes Kunststoffteil entsteht. Das Ergebnis ist ein Bauteil,
welches vollständig mit dem ungesinterten Pulver umhüllt ist. Danach wird dieses Teil aus dem Kunststoffpulver entfernt und ausführlich gereinigt. Nun ist das Teil entweder einsatzbereit oder lässt sich mittels einer passenden Nachbearbeitung veredeln.

Einsatzgebiete: Design, Funktionales Prototyping, Konzeptmodelle und Kunst
Materialien: Alumide, HST, DuraForm(R) und DuraForm(R) Flex, PA 12 – GF, PP, TPU und PA 2241 FR

Weitere 3D-Druck-Technologien

Zusätzlich den hier vorgestellten additiven Verfahren gibt es noch weitere 3D-Druck-Technologien. Dies trifft vor allem auf den 3D-Druck von Bauteilen aus Metall zu. Wir haben uns auf die oben genannten 7 3D-Druck-Technologien fokussiert, da diese aktuell am meisten zum Einsatz kommen.

Sind Sie sich noch nicht ganz sicher, welches das optimale, additive Verfahren für Ihre 3D-Druckteile ist, dann kommen Sie gerne auf uns zu. Selbstverständlich stellen wir Ihnen unsere Übersicht zur Verfügung und Sie erfahren:

  • welche besonderen Eigenschaften die vorgestellten 3D-Druck-Technologien in unserem 3D-Universum besitzen
  • wo diese Verfahren optimal eingesetzt werden
  • welche Materialen sich verwenden lassen

Der 3D-Druck weist eine große Vielfalt hinsichtlich der erreichbaren Oberflächengüte auf. In Abhängigkeit der Druck-Verfahren und der Technologie kann die Güte deutlich schwanken. Auch das Ausgangsmaterial ist ausschlaggebend. Allgemein kommt den Nachbearbeitungs-Methoden bezüglich Oberflächengüte eine hohe Bedeutung zu. Durch ein entsprechendes Finish können Sie Ihren 3D-Druckerzeugnissen zu einer feineren oder stabileren Oberfläche verhelfen.

3D-Drucker und ihre Oberflächengüte

Den größten Einfluss auf die Güte der Oberfläche hat bei 3D-Druckerzeugnissen das angewandte Verfahren. Allgemein sind Photopolymer-Jetting-Verfahren bekannt für ihre hohe Oberflächengüte. Die wichtigsten Verfahren dieser Art sind das PolyJet-Printing sowie das MultiJet-Fusion-Modeling.

PolyJet kommt insbesondere bei der Herstellung besonders glatter und präziser Bauteile zum Einsatz. Insbesondere der Prototypenbau bedient sich dieser Verfahrensweise. Die Technologie zeichnet sich durch eine feine Schichtauflösung aus. Es ist eine Präzision von bis zu 0,015 mm möglich. Damit lassen sich auch komplexe Formen mit dünner Wandstärke herstellen.

Bei diesen Photopolymer-Jetting-Verfahren zerlaufen die ausgegebenen Materialtropfen zu geringen Schichthöhen. Das Ergebnis sind homogene Oberflächen von geringen Schichtdicken.

Ganz andere Resultate liefern Extrusions-Technologien. Dazu gehört der FFF- beziehungsweise FDM-Druck. Produktionsbedingt erzeugen diese Verfahren eher gerillte Oberflächen geringerer Güte. Jedoch sind die Oberflächen bei diesem Verfahren nahezu frei von Poren.

Pulverbasierte Verfahren

Mittels pulverbasierter Druckverfahren lässt sich eine gute Oberflächenqualität im 3D-Druck realisieren. Zu diesen Verfahren gehören das ColorJet-Printing und das MultiJet-Fusion-Printing.
Ebenso gehören der SLM-Druck (selektives Laserschmelzen) aus dem Metalldruck sowie der SLS-Druck (selektives Lasersintern) dazu. Diese 3D-Druckverfahren lassen materialbedingt jedoch Poren oder Löcher auf der Oberfläche entstehen. Dies hängt mit dem Durchmesser der Pulverkörner von etwa 60 μm zusammen. Im SLM-Druck sind solche Strukturen gelegentlich erforderlich, damit es nicht zu mechanischem Verzug kommt. In den anderen Verfahren bedarf es solcher Strukturen bei den additiven Verfahren nicht. Dies kommt der homogenen Oberflächenbeschaffenheit zugute.

Stereolithografie

Stereolithografie ist ein Verfahren, das insbesondere beim Rapid-Prototyping zum Einsatz kommt. Es ermöglicht den Prototypenbau mit präzisen Details sowie einer glatten Oberfläche. Auch das Digital Light Processing ist ein Stereolithografie-Verfahren. Die Oberflächengüte ist bei Anwendung dieses Verfahrens in erster Linie abhängig von der Ausrichtung des 3-D-Modells im Drucker. Hierbei ergeben sich Unterschiede hinsichtlich Oberflächengüte bei der Betrachtung der oberen und der unteren Seite. Die Oberseite ist bei per Stereolithografie erstellten Modellen meist von hoher Qualität. Auch ohne Nachbearbeitung liegt der Rauheitswert im geringen μm-Bereich. Die Unterseite hat jedoch einen hohen Rauheitswert. Dies hängt damit zusammen, dass das Verfahren auf bestimmte Support-Strukturen angewiesen ist. Stereolithografie-Modelle zeichnen sich jedoch auf beiden Seiten durch weitgehende Porenfreiheit aus.

3D-Druckerzeugnisse und ihre Nachbearbeitungsmöglichkeiten

Ganz gleich, welche Verfahrenstechnologie zum Einsatz kam, können wir Ihre 3D-Erzeugnisse nachbearbeiten und die Oberflächengüte erhöhen. Die Nachteile der jeweiligen additiven Technologie können wir auf diese Weise kompensieren. Die Nachbearbeitungsmöglichkeiten sind vielseitig und ermöglichen verschiedene Finishes.

Strahlen und Schleifen

Die Nachbearbeitungsmöglichkeit des Strahlens und des anschließenden Schleifens kommt insbesondere bei Photopolymer-Jetting-Verfahren zum Einsatz. Haben Sie Ihre 3D-Modelle etwa mittels PolyJet oder MultiJet-Fusion erstellt, lassen sich mit Strahlen und Schleifen gute Nachbearbeitungs-Ergebnisse erzielen. Dabei lassen sich attraktive Oberflächenwerten erreichen. Das Support-Material ist wasserlöslich oder thermisch löslich und bedarf bei diesen Druckverfahren daher keiner eigenständigen Nachbearbeitung.

Nachbearbeitung für FDM- und FFF-Druck Modelle

Für die FDM- bzw. FFF-Druck-Nachbearbeitung hängen die Möglichkeiten auch und insbesondere vom Druckmaterial ab. Das Material ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) bietet gute Nachbearbeitungs-Optionen. Modelle aus diesem Material eignen sich für das Schleifen, das Strahlen oder das Trowalisieren. Anders verhält es sich mit Modellen aus den Materialien PLA oder PA6. Hier erfolgt die Nachbearbeitung nur durch Entfernung des Support-Materials, wobei chemische Lösungsmittel zur Anwendung kommen.

Epoxidharz und Schleifen bei SLS-Druckerzeugnissen

Handelt es sich um 3D-Erzeugnisse aus dem SLS-Verfahren, lässt sich mit Epoxidharz und anschließendem Schleifen eine hohe Oberflächengüte gewährleisten. Die Oberflächengüte nimmt dabei insbesondere durch den Verschluss der Poren zu. Diese Modelle und andere aus pulverbasierten Verfahren gewonnenen 3D-Objekte können Sie auch durch Strahlen und Schleifen zu einer höheren Oberflächengüte verhelfen.
Stereolithografie-Modelle können an der rauen Seite durch Sandpapier nachbearbeitet werden. Dies glättet die sehr raue Support-Seite der SLA-Objekte. Zur Gewährleistung homogener Oberflächen lassen sich SLA-Erzeugnisse auch strahlen (beispielsweise mit Korund).

Fazit

Eine verallgemeinernde Aussage über die Oberflächengüte von 3D-Druckerzeugnissen ist kaum möglich. Die Oberflächenbeschaffenheit ist abhängig von Faktoren wie Material, Druckverfahren und Nachbearbeitung. Die Verfahren und Nachbearbeitungs-Optionen sind so vielseitig wie Ihre individuellen Anforderungen. Gerne erarbeiten wir gemeinsam mit Ihnen eine Lösung nach Ihren Wünschen hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit und -güte.

Die schnelle Konstruktion von Prototypen ist in vielen Branchen von hohem Stellenwert. Maschinenbau, Automobil-Industrie, Fördertechnik und Baugewerbe sind nur einige der Einsatzbereiche. Der 3D-Druck bietet für das Rapid-Prototyping zahlreiche Vorteile. Erfahren Sie, welche Möglichkeiten Ihnen 3D-Druckverfahren für Ihren Prototypenbau bieten.

Rapid Prototyping: Das Verfahren im Überblick

Das Rapid Prototyping ist ein Verfahren zur schnellen Konstruktion verschiedener Baumuster. Die Musterbauteile basieren auf bestimmten Konstruktionsvorgaben, die sich beispielsweise mit CAD-Daten erstellen lassen. Rapid Prototyping verfolgt das Ziel, Stärken und Schwächen einer Prototypen-Idee möglichst früh und schnell zu erkennen. Der rasche Bau der Prototypen trägt dazu bei, eventuelle Fehler rechtzeitig erkennen und beheben zu können. Dies vermeidet hohe Kosten, die bei zu später Erkennung der Fehler in der Produktion entstehen würden. Damit das Rapid Prototyping wirtschaftlich lohnenswert ist, bedarf es schneller und kostengünstiger Methoden des Prototypenbaus. Hier kann der 3D-Druck seine Stärken ausspielen.

Abgrenzung zum 3D-Druck

Die Begriffe 3D-Druck und Rapid Prototyping werden oft synonym angewendet. Genau genommen ist der 3D-Druck nur die technische Umsetzung des Prototypenbaus. Es handelt sich um die klassische und ursprüngliche Anwendung für den 3D-Druck. Ein wichtiger Grund für die rasante Entwicklung der 3D-Drucktechnologie war das Ziel eines günstigen und unkomplizierten Prototypenbaus für die Automobil-Industrie. Gerade für den Bau von Einzelstücken oder Produkten in niedriger Stückzahl sind 3D-Druckverfahren geeignet. Daneben erstreckt sich die Anwendbarkeit auf zahlreiche weitere Prototypen, beispielsweise auf Schmuckindustrie und Einrichtungen.

Anwendungsgebiete und Einsatzbereiche

Zu den wichtigsten Branchen, die auf raschen Prototypenbau angewiesen sind, gehört der Maschinenbau. Hier ist die Nutzung der 3D-Druckverfahren am weitesten verbreitet. Der VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) schätzt auf Basis einer Umfrage aus dem Jahr 2018, dass die Hälfte aller deutschen Unternehmen der Branche Maschinenbau bereits auf 3D-Druck setzen. Hierbei entfällt ein großer Teil der Nutzung des Druckverfahrens auf die Konstruktion von Prototypen. Ein weiterer Anwendungsbereich der additiven Fertigungstechnologie im Maschinenbau ist das Rapid Tooling, also der schnelle Bau von Werkzeugen und Werkzeugbestandteilen.

Einsatz in der Automobil-Industrie

Eine wichtige Entwicklung in der Automobilindustrie ist der Trend zu individuellen und kundenspezifischen Lösungen. Hierbei nimmt der Bau passgenauer Prototypen eine zentrale Rolle ein. Im Zuge dessen steht die Fertigung kleinerer Baureihen beziehungsweise Serien im Fokus. Diese gilt es, fortwährend zu optimieren. Zur effizienten Umsetzung und Kostensenkung ist die Automobilindustrie auf schnelle und unkomplizierte Verfahren angewiesen. Daher profitiert sie von den Fortschritten in den 3D-Druckverfahren. Als eine der ersten Industrien bedient sich die Automobilbranche bereits seit den 1980er Jahren dieser Technologie für den schnellen Prototypenbau.

3D-Druck in der Luftfahrt und der Flugzeug-Industrie

Nicht nur der Bau von Fahrzeugen, sondern auch der Flugzeugbau nutzt die Vorzüge des 3D-Drucks. Auch hier geht es um eine möglichst frühe Entwicklung der Prototypen zu Test- und Analysezwecken. Erst nach erfolgreichem Rapid Prototyping kommt es zur Fertigung größerer Stückzahlen. Flugzeugbauer und Luftfahrtunternehmen wie Airbus oder EADS setzen bereits seit einigen Jahren auf das Verfahren. Der weltgrößte Luft- und Raumfahrttechnik-Konzern Boeing bedient sich seit 2012 in größerem Umfang der 3D-Technologie zum Prototypenbau.

Rapid Prototyping für Architekten

Auch die Anwendung von 3D-Protoyping in der Architektur ist verbreitet. Architekten profitieren von den Druckverfahren durch die Erstellung präziser und exakt modellierter Modelle. Auf diese Weise können sie ihre architektonischen Entwürfe früh testen und bei Bedarf optimieren. Die entstehenden Modelle dienen dazu, Faktoren wie Funktionalität, Design oder Energieeffizienz zu analysieren und zu präzisieren.

Selbst vom 3D-Druck profitieren

Die Anwendungsbereiche des Rapid Prototypings auf 3D-Druck-Basis gehen weit über die genannten Branchen und Industrien hinaus. Haben Sie bereits Entwürfe für den 3D-Druck, so können Sie uns Ihre Dateien hier im Online-Store zukommen lassen. Nach dem Upload lassen sich genaue Konfigurationen vornehmen. Modellieren Sie die Entwürfe nach Ihren Vorstellungen, bevor Sie bestellen.

Konfigurieren Sie Ihren 3D Druck