3D Druck | Die Grundlagen

3D Druck | Die Grundlagen der Fertigungsverfahren

Der Einsatz von 3D-Druckern ist seit ihrer Einführung rasant gestiegen. Während anfänglich überwiegend Prototypen, Modelle oder Kleinteile gedruckt wurden, ist das Anwendungsspektrum mit der Zeit größer geworden. Der seriellen Fertigung steht mittlerweile nichts mehr im Wege. In der Fortsetzung zum 3D-Scanning gehen wir auf die Verfahren, Einsatzzwecke und Geschäftsmodelle ein, die sich mit der kontinuierlich besser werdenden Technologie entwickeln.

Das 3D-Drucken - oder auch Additive Manufacturing, bzw. additive Fertigung - ist ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken. Diese werden schichtweise aufgebaut. Durch diese Art der Konstruktion können komplizierte Formen hergestellt werden, die mit herkömmlichen Methoden wie Guss- oder Pressverfahren nicht realisierbar sind. Ursprünglich fanden Kunststoffe und Harze Anwendung, mittlerweile ist der Druck auch mit Keramiken, Metallen und kohlenstoffbasierten Materialien möglich. Das Auftragen des Werkstoffes geschieht computergesteuert nach den Vorgaben eines 3D-Modells. Die geometrischen Informationen werden üblicherweise im STL-Format bereitgestellt.

Die Fertigungsverfahren

Es gibt zahlreiche Herstellungsmethoden. Je nach eingesetztem Material bieten sich unterschiedliche Varianten an. Die meistverwendeten sind das Strahlschmelzen für Metalle, das Lasersintern für Keramiken sowie das Multijet-Modeling und die Stereolithografie (die älteste patentierte Methode) für Kunststoffe:


Strahlschmelzen: Beim selektiven Laserschmelzen wird das in Pulverform vorliegende Material in einer dünnen Schicht aufgetragen und anschließend mit einem Laser geschmolzen. Nachdem die Schmelze erstarrt ist, bildet sich eine feste Schicht. Dieser Vorgang wird schichtweise solange wiederholt, bis das gesamte Modell umgeschmolzen wurde.

Lasersintern: Das selektive Lasersintern arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip. Das Pulver wird mit einem Laser schichtweise lokal gesintert. Allerdings wird das Pulver ganzflächig auf der Arbeitsplatte aufgetragen und den CAD-Daten entsprechend stellenweise bearbeitet. Deshalb werden für Überhänge keine Stützkonstruktionen benötigt.

Multijet-Modeling und Stereolithografie: Diese Methoden arbeiten mit Photopolymeren, die mittels UV-Licht polymerisiert werden. Beim Multijet-Modeling wird das Material in der vorgegebenen Schichtdicke durch eine oder mehrere Düsen aufgedruckt, vergleichbar mit einem Tintenstrahldrucker. Für die Stereolithografie werden die Schichten in einem Bad des flüssigen Grundmonomers ausgehärtet. Nach jeder Prozedur wird das Werkstück im Bad abgesenkt und an der Oberfläche die nächste Schicht ausgehärtet. Da das Teil vom Werkstoff umgeben ist, sind auch hier Stützkonstruktionen überflüssig.

Diese Verfahren und noch diverse andere werden heutzutage benutzt, um Werkstücke sowohl im Rapid Product Development zu entwickeln als auch in serieller Fertigung und sogar Massenfertigung herzustellen.


Auf Anwendungsbeispiele und daraus resultierende neue Geschäftsfelder gehen wir das nächste Mal ein.