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Industrielle 3D Drucker für Forschung, Industrie und Medizin

3D Drucker - Werkzeugmaschinen für ein innovatives Fertigungsverfahren auf dem Vormarsch

3D Drucker haben sich bereits einen festen Platz bei Messen auch für Computer und Konsumelektronik erobert. Die neue Fertigungstechnik, die vorteilhafte Eigenschaften von trennenden Fertigungsverfahren und Urformverfahren vereint, ist in einer breiten Modellpalette, vom Bausatz für den Heim 3D Druck bis zur industriellen Werkzeugmaschine erhältlich. Sie unterscheiden sich nicht nur in der Größe und Präzision, sondern auch in den Materialien, die sie verarbeiten können. Was macht den 3D Druck so interessant?

Die besonderen Eigenschaften des 3D Drucks als Fertigungsverfahren

Der 3D Drucker in seiner gängigsten Ausführung, entspricht in seiner Grundkonstruktion einer Fräsmaschine und bietet auch ähnliche Freiheiten bei der Werkzeugführung. An die Stelle einer energie- und materialintensiven, spanenden Bearbeitung von Rohteilen und Halbzeugen beim Fräsen tritt beim 3D Drucker allerdings eine Art der Formgebung, wie sie von Urformverfahren her bekannt ist. Dadurch ergeben sich beim 3D Druck ähnliche Vorteile wie beim Umformen, ein sparsamer Material- und Energieeinsatz sowie ein kurzer Weg vom Rohstoff zum Fertigprodukt. Da bei der Produktion mit dem 3D Drucker auch keine Späne anfallen eignet sich das Verfahren sogar für den Einsatz auf dem Schreibtisch und eröffnet dadurch neue Möglichkeiten für Konstrukteure und Designer, die ihre Entwürfe unmittelbar aus dem Computer, an ihrem Arbeitsplatz selbst in Modelle umsetzen können.

Die unterschiedlichen Fertigungstechniken der 3D Drucker

3D Drucker für den Consumer-Bereich schmelzen einen Kunststoffdraht in einer beheizten Düse auf, die über Schrittmotoren gesteuert die Konturen des zu fertigenden Bauteils abfährt und dabei nach und nach dünne Materialschichten aufträgt. Die Funktionsweise der Druckdüse ist dabei mit einer Heißklebepistole vergleichbar. Dieses Druckverfahren heißt Fused Deposit Modeling und eignet sich vor allem für Kunststoffe wie ABS oder PLA, einem Milchsäurepolymer. Die FDM 3D Drucker besitzen einen beheizten Werkzeugtisch, der eine kontrollierte, langsame Abkühlung des Werkstücks beim Druck gewährleistet. Einige Modelle solcher 3D Drucker sind auch vollständig gekapselt.

3D Druckverfahren wie das Selective Laser Sintering (SLS) bauen das Werkstück in schichtweise aufgetragenem, pulverförmigem Werkstoff auf, der durch einen beweglichen Laserdruckkopf punktuell erhitzt und so zu einem Festkörper verbunden wird. Auf ähnliche Weise arbeitet auch die Stereolithografie, allerdings wird hierbei ein flüssiges Kunstharz durch UV-Licht entsprechend der zu formenden Konturen verfestigt. Sonderverfahren für den 3D Druck ermöglichen zudem die Fertigung von Werkstücken aus unterschiedlichen Materialien, in einem Arbeitsgang.

Welche Werkstoffe lassen sich im 3D Drucker verarbeiten?

Die Consumer-Modelle, die mit FDM arbeiten, eignen sich für relativ niedrig schmelzende Kunststoffe. Neben den bereits genannten, lassen sich auch Polyamid und Polyethylen gut zu 3D Drucken verarbeiten. Gummiartige Werkstücke lassen sich im SLS Verfahren aus Elastomeren herstellen. Alumide bestehen aus Aluminiumpulver, mit Polyamid als Bindemittel. Kunstharze werden vor allem mit der 3D Druckern verarbeitet, die stereolithografisch arbeiten. Edelstahl und Bronze werden mit Three-Dimensional-Printing 3DP verarbeitet. Neben dem direkten Druck von Metallobjekten eignet sich der 3D Druck auch vorteilhaft für die Herstellung von Gussformen für das Feingießen, wie das Wachsausschmelzverfahren, die anderenfalls wegen der verlorenen Formen und Modelle besonders aufwändige Verfahren sind, aber eine sehr hohe Werkstückqualität liefern. Auch Keramik lässt sich drucken und einige 3D Drucker bauen Werkstücke auch schichtweise, mit einer Kunstharzbindung, aus Papier auf.

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Die Additve Fertigung findet nicht nur mehr im reinen Prototyping Akzeptanz. Mittlerweile wird der 3D Druck in der Filmindustrie, Mode und Kunstbranche ebenso begeistert eingesetzt wie in der Auto- und Luftfahrtindustrie. Das 3D-Druckverfahren findet in industriellen Prozessen immer mehr Akzeptanz und Anwendungen.