Was sind 3D Drucksysteme?

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Eigentlich ist die Einordnung der 3D Drucksysteme in den Bereich der Drucktechniken nicht wirklich angebracht. Vielmehr rührt die Bezeichnung von den Ähnlichkeiten im Aufbau von 3D Druckern und herkömmlichen Druckern her. Vor allem der gemeinsame bewegliche Druckkopf inspiriert dazu, eine drucktechnische Einteilung vorzunehmen. Wesentlich genauer, aber komplizierter, ist der Begriff des Additiven Fabrikators. Dabei müssen noch einmal Unterschiede gemacht werden.

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3D Drucksysteme, um bei dieser gebräuchlichen Bezeichnung zu bleiben, unterteilen sich in folgende Kategorien mit daran anschließenden Verfahren:

1. Das Pulverbrettverfahren:

• selektives Laserschmelzen
• selektives Lasersintern
• Elektronenstrahlschmelzen
• Binder Jetting
• Selective Heat Sintering

2. Die Freiraumverfahren

• Cladding
• Wax Deposition Modeling
• Fused Filament Fabrication
• Contour Crafting
• Kaltgasspritzen
• Metall-Pulver-Auftragsverfahren
• Elektronenstrahlschmelzen

3. Flüssigmaterialverfahren

• Stereolithografie
• Techniken unter Zuhilfenahme des Digital Light Processing
• Liquid Composite Moulding

4. Weitere Schichtbauverfahren

• 3D-Siebdruck mit Metallen
• Laminated Object Modelling
• Elektrophoretische lichtgesteuerte Abscheidung

Ultimaker2

Seit der Erfindung des 3D-Drucks durch den US-Bürger Chuck Hull im Jahr 1983 hat diese Technik eine stürmische Entwicklung durchgemacht. Übrigens hat schon Hull sein Verfahren als Stereolithografie bezeichnet und es so auch in der 1986 publizierten Patentanmeldung benannt.

Das wichtigste Prinzip bei 3D-Druckverfahren oder der Additiven Fabrikation ist auf jeden Fall der computergesteuerte Aufbau dreidimensionaler Objekte aus einem oder mehreren Grundstoffen heraus. Der große Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist unter anderem der minimale Einsatz an Material. Im Gegensatz zu Verfahren wie Fräsen wird kein überdimensionierter Materialblock benötigt, um ein Werkstück zu fertigen und genauso wenig werden Abgussformen oder Kerne zur Herstellung benötigt.

Ebenso beschränkt sich die Vorarbeit auf die Erstellung eines CAD-Modells, eine Technik, die schon länger im digital gesteuerten Maschinenbau zur Anwendung kommt. Der komplette Vorgang zur Realisierung eines Werkstückes erfolgt ausschließlich über digitale Verfahren. Von der Idee, vielleicht mit einer Skizze visualisiert, über die Planung bis zur Ausführung erfolgen alle Vorgänge mittels Computersoft- und Hardware, wobei letztlich der 3D-Drucker zwar nicht unbedingt als Computer-Hardware zu bezeichnen ist, ohne EDV aber auch nicht arbeiten kann.

Während sich der 3D-Druck in den Anfängen noch auf relativ einfache dreidimensionale Objekte beschränkte, steigerte sich die mögliche Komplexität in den folgenden Jahren erheblich. Heute ist beispielsweise bereits der multiple 3D-Druck möglich. Die gleichzeitige Fertigung verschiedener Bauteile auf einem Drucker und dies sogar in der Form, das die Bauteile ineinandergreifen und voneinander unabhängig beweglich sind. So lässt sich etwa mit einem entsprechenden 3D-Drucker ein komplettes Differenzialgetriebe in einem Fertigungsverfahren herstellen. In den verschiedenen Arbeitsgängen kommen Kunststoffe mit unterschiedlichen Härtegraden zur Anwendung, je nachdem, ob gerade ein Teil des Gehäuses oder ein Zahnrad aufgebaut wird. Der Trick bei der Geschichte ist, dass in der Fertigung zwischen den Teilen wieder lösbare Materialien verwendet werden, die nur eine vorübergehende Heft-, Trenn- und Stützfunktion besitzen. Diese werden nach Beendigung des Drucks entfernt und so können sich die Zahnräder des Getriebes einzeln bewegen. Derartige Verfahren ermöglichen nicht nur die Einsparung einer Vielzahl unterschiedlicher Arbeitsgänge inklusive der dafür notwendigen Infrastruktur, sie erlauben auch die Fertigung von Werkstücken mit ganz neuen Eigenschaften. So kann das im Beispiel genannte Differenzialgetriebe mit einem fast vollständig geschlossenen Gehäuse gebaut werden. Verschraubungen, Wartungsdeckel und dazugehörige Dichtungen entfallen, was im Endeffekt die Dichtigkeit des Getriebegehäuses erhöht.