3D-Teile: Drucktechnik ist nicht gleich Drucktechnik

Von Patrick Sisson
- 27. Okt 2015 - 4 min-LEKTÜRE
Micke Tong

Wohl die ultimativ revolutionäre Technologie.

Schon als der 3D-Druck noch in den Kinderschuhen steckte, waren Designer sich des ungeheuren Potenzials dieser technischen Innovation bewusst, die versprach, ganze Branchen durchgreifend zu verändern und die industrielle Fertigung radikal umzukrempeln. Branchenbeobachter sprachen sogar vom „Baumarkt in Verbraucherhand“. Ob in der Mode, Lebensmittelverarbeitung, Luftfahrttechnik, Medizin, im Bauwesen oder Maschinenbau – der 3D-Druck ermöglicht nicht nur neue Fertigungsverfahren für einzelne Teile, sondern er erzwingt ein grundsätzliches Umdenken in der Fertigungsbranche. Der ganze Hype um die neue Technologie kurbelt den Vertrieb von 3D-Druckern ordentlich an – Prognosen zufolge ist mit einer weltweiten Umsatzsteigerung von 500 Prozent in den nächsten fünf Jahren zu rechnen.

Vor der Anschaffung eines eigenen Druckers oder der Nutzung eines 3D-Druckdienstes empfiehlt sich jedoch eine gründliche Recherche. Bei aller Freiheit, die die neue Technologie ihren Nutzern verspricht, kann sich die Entscheidung für ein ungeeignetes Gerät als kostspieliger Fehler erweisen.

3d-printed objects
3D-gedruckte Werkstücke in einer Austellung der Autodesk Gallery in San Francisco

 

Hobby-Designer und Profis sollten sich genau überlegen, welche Größe und technischen Voraussetzungen ihre Schöpfungen erfüllen müssen, wie viel Stellfläche ihnen zur Verfügung steht (von der Bauraumgröße des Druckers hängen die maximalen Abmessungen des fertigen Teils ab) und wie hoch die Detailauflösung (die kleinste Bewegung in der X- und Y-Achse) sein muss. Unterschiedliche Geräte weisen unterschiedliche Vorteile auf, daher ist es wichtig, einerseits ein Verständnis der verschiedenen Drucktechniken zu entwickeln und andererseits das eigene Budget und den voraussichtlichen Nutzungsumfang zu bedenken. Hobby-Tüftler haben schließlich andere Ansprüche als Design-Profis.

Bei der Schmelzschichtung wird ein geschmolzener Kunststofffaden schichtweise durch Extrudieren auf eine Fläche aufgebracht und daraus ein Körper aufgebaut. Diese Technik, im englischen Sprachraum als Fused Filament Fabrication (FFF) bzw. Fused Deposition Modelling (FDM) bekannt, ist mit dem Weben eines Spinnennetzes vergleichbar. Der große Vorteil dieser Geräte liegt in ihrer einfachen Bedienung und ihrem niedrigen Preis. Die erforderlichen Werkstoffe – Fäden aus Kunststofffasern – sind vergleichsweise billig, und einfache Modelle mit kleiner Bauraumgröße und einer Düse sind für knapp 400 Euro erhältlich. Dabei handelt es sich freilich um echte Einsteigermodelle für Laien mit einer einfachen Software, die der Kreativität des Nutzers enge Grenzen setzt.

Diese Technik eignet sich vor allem zur Herstellung von Prototypen oder auch für Bastelarbeiten. Wer bereit ist, etwas mehr Geld auszugeben, sollte die Anschaffung eines Geräts mit mehr Bauraum und einer höheren Auflösung erwägen. Die Kosten für einen Ultimaker 2 etwa liegen knapp über 2.000 Euro. Die Stärken des Schmelzschichtverfahrens sind jedoch zugleich seine Schwächen – aus preisgünstigen Werkstoffen lassen sich keine hochwertigen Teile fertigen, und die meisten Geräte können nur einfarbig drucken. Gegenüber teureren Modellen müssen Abstriche bei der Präzision, Produktionsgeschwindigkeit, Flexibilität und Oberflächenbeschaffenheit in Kauf genommen werden.

MakerBot Replicator 2 3d-printing methods
Drucker des Typs MakerBot Replicator 2 FFF printer

Bei der Stereolithographie (SLA) wird ein lichtaushärtender Kunststoff dünn aufgetragen und Schicht für Schicht von einem Laser ausgehärtet, sodass nach und nach ein dreidimensionales Objekt ensteht. Die mit diesem Verfahren hergestellten Teile weisen eine höhere Festigkeit und Stabilität auf als schmelzgeschichtete Teile und eignen sich unter anderem zur Weiterverarbeitung im Spritz- oder Metallguss, müssen aber teilweise nach dem Drucken erst manuell gereinigt werden.

Aufgrund der überlegenen Festigkeit und Präzision sind SLA-Geräte eine gute Wahl für die professionelle Modellierung bzw. für Nutzer, die damit Kunstobjekte, Prototypen oder auch Produkte für den medizinischen und zahnmedizinischen Bereich herstellen wollen. Neben dem Preis (SLA-Geräte sind ab 3.000 Euro im Handel) und den hohen Materialkosten hat diese Technik jedoch den Nachteil, dass das langwierige Fertigungsverfahren die Flexibilität einschränkt. Geräte der höheren Preisklassen wie der Autodesk Ember DLP SLA-Drucker mit der Open-Platform-Software Spark) bieten kürzere Bauzeiten bei höherer Detail-Auflösung.

Beim selektiven Lasersintern (SLS) wird ein pulverförmiger nylonbasierter Ausgangsstoff durch Einwirkung eines leistungsstarken Laserstrahls in eine dreidimensionale Form gebracht. Diese vergleichweise neue und teure Technologie ist um einiges präziser als andere 3D-Druckverfahren. Darüber hinaus bietet sie Möglichkeiten zur individuellen Farbgestaltung und Fertigung serienfähiger Teile und anspruchsvoller Medizinprodukte, die selbst die Kapazitäten von SLA-Druckern weit übertreffen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist der hohe Zeit- und Kostenaufwand, der die finanziellen Möglichkeiten kleinerer Betriebe oft übersteigt.

A close-up view of a CNC profile cutter used to cut molded plastic
Nahansicht einer CNC-Profilräse zum Schneiden von geformtem Kunststoff

 

CNC-Fräsmaschinen sind keine 3D-Drucker im eigentlichen Sinn. Statt das 3D-Objekt additiv aufzubauen, produzieren sie subtraktiv, indem – ähnlich wie beim Bildhauen – überschüssiges Material von einem Block entfernt wird. Welches Verfahren jeweils sinnvoller ist, hängt von dem einzelnen Projekt ab.

Bestimmte Formen (beispielsweise Innenhohlräume) lassen sich im Fräsverfahren nicht herstellen, und die anschließende Reinigung der Arbeitsfläche kann beschwerlich sein. Dafür besticht wiederum die unglaubliche Auswahl an Werkstoffen – von Holz und Metall bis hin zu Polymerisaten und anderen Kunststoffen. Zudem weisen mit dieser Technik hergestellte Teile eine hohe Festigkeit auf. Die Preise reichen von 500 bis hin zu über 50.000 Euro für Industriefräsen.

Damit ist noch längst nicht alles Wissenswerte über Druckverfahren, Nutzungsszenarien und die jeweiligen Vor- und Nachteile additiver und subtraktiver Fertigung gesagt. Deswegen gibt es einen praktischen Leitfaden (in englischer Sprache) zum Ausdrucken und An-die-Wand-Hängen, in dem die wichtigsten 3D-Verfahren im Überblick dargestellt werden. Und dazu eine Präsentation, in der die unterschiedlichen Gerätetypen mit ihren Stärken und Schwächen noch genauer unter die Lupe genommen werden. Frohes Schaffen!

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