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29.06.2017 11:17 Age: 82 days
Autor: Martin Brosy

Verfahrensweisen der 3D-Drucker

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Die Herstellungstechnologie der Zukunft heißt 3D-Druck. Kostenminimiert, schnelle, bedarfsorientierte und präzise Produktion und schier unendliche Möglichkeiten – der 3D-Drucker kann schon heute von technologischen Kleinstteilchen über Lebensmittel bis hin zu künstlichen Organen für die Medizin so ziemlich alles in kürzester Zeit herstellen. Die Verfahrensweisen der 3D-Drucker unterscheiden sich jedoch voneinander.

Ein 3D-Drucker während der Herstellung eines Produkts

Bild: 3D-Drucker sind die Herstellungsvariante der Zukunft. Bildquelle: Alexander Tolstykh – 326495312 / Shutterstock.com

3D-Druck – die Branche der Zukunft

Der 3D-Drucker ist eine Wundermaschine. Zumindest für begeisterte Anhänger der noch jungen Technologie gilt dieser Ansatz. Doch bei näherer Betrachtung zeigt sich, dass das 3D-Druck-Verfahren schon jetzt aus den technisch versierten Branchen kaum mehr wegzudenken ist. Denn die Entwicklungssprünge der 3D-Branche sind in den letzten Jahren gigantisch gewesen. Auch den Weg in die Mitte der heutigen Gesellschaft hat der 3D-Drucker bereits gemeistert. Mehr als 90 Prozent der Deutschen haben die Technologie bereits genutzt oder zumindest davon gehört.

 Infografik zu der Meinung in Deutschland zur Zukunftstechnologie 3D-Drucker

Bild: Die Meinung in Deutschland von der Zukunftstechnologie 3D-Drucker fällt durchaus verschieden aus. Bildquelle: eigene Darstellung

Die außerordentlich erfolgreiche Entwicklung der Technologie liegt in verschiedenen Punkten begründet:

  • Große Anzahl von Anwendungsgebieten
  • Weg zur dritten Industriellen Revolution durch vollständig neue Produktionsverhältnisse
  • Schier unbegrenzte Anzahl von Fertigungsmöglichkeiten und verwendeten Materialien
  • 3D-Drucker-Gebrauch, sowohl industriell als auch privat
  • Revolutionäre Möglichkeiten in der Automobilindustrie sowie Medizintechnik (Stichwort künstliche Organe)

Das Wachstum der 3D-Branche scheint nicht aufzuhalten zu sein und bietet gleichzeitig Großinvestoren gigantische Investitionsmöglichkeiten. Denn die Bandbreite der Anwendungsgebiete ist überaus breit gefächert. Egal ob Spielzeuge, Kleinstteilchen aus der Industrie, Lebensmittel oder sogar künstliche Organe, die den Medizinsektor revolutionieren könnten, all dies ist schon heute in der Produktion möglich. Die Verfahrensweisen bei der Herstellung der Bauteile unterscheiden sich aber. Je nach Branche und Material werden verschiedene Druckverfahren angewendet.

Die unterschiedlichen Verfahrensweisen der 3D-Drucker

Die Produktionsmöglichkeiten von 3D-Druckern scheinen unbegrenzt. Die Verfahrensweisen der Herstellung sind allerdings unterschiedlich. So hat sich beispielsweise das selektive Lasersintern (SLS) von Kunststoffbauteilen unter den generativen Fertigungsverfahren in den letzten Jahren als eines der wesentlichen Verfahren etabliert. Die bekanntesten Verfahrensweisen in der Übersicht:

  • Lasersintern

Beim selektiven Lasersintern (SLS) werden spezielle Kunststoffpulver mit Hilfe eines Infrarotlasers schichtweise verschmolzen. Das Verfahren ermöglicht große konstruktive Freiheit und besitzt hervorragende Nacharbeitsmöglichkeiten. Die hergestellten Teile besitzen bei dieser Technik starke Werte bei der mechanischen Belastbarkeit sowie bei der Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. Zudem altern die Bauteile nicht und lassen sich gut lackieren und färben.

Die Objekte aus dem Verfahren des Lasersinterns eignen sich aufgrund ihrer Komplexität und den nicht benötigten Stützstrukturen hervorragend für die Automobilindustrie, im Sondermaschinenbau, in der Medizintechnik, in der Innenarchitektur sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik.

  • Laserschmelzen

Das selektive Laserschmelzen (SLM) ist wie das selektive Lasersintern ein schichtaufbauendes, pulverbettbasiertes Verfahren, bei dem allerdings kein Kunststoffpulver, sondern Metallpulver verwendet wird. Der bis zu 1.250°C heiße Laser schmilzt das Metallpulver und bildet die Bauteile, die mit einer Stützstruktur fest an der Grundplatte angeschweißt sind, die der Wärmeableitung und Fixierung dient. So werden Verbrennungen und Biegungen an den Bauteilkanten vermieden. Die Stützstrukturen werden im Anschluss an das Verfahren manuell entfernt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Produktionstechniken können mit dem Verfahren äußerst komplexe Metallbauteile mit einer hohen mechanischen Belastbarkeit einfach hergestellt werden. Außerdem können Funktionselemente spielend leicht integriert werden. Bauteile aus Kupfer garantieren zudem eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Der Herstellungsaufwand für die Bauteile wird massiv verkleinert.

  •  Stereolithographie

Die Stereolithographie (SLA oder STL) ist ein 3D-Druck-Verfahren, welches Photopolymer, wie zum Beispiel Epoxidharz, mit Hilfe von UV-Strahlen im Schichtsystem aufbaut. Dadurch garantiert das Verfahren höchste Genauigkeit und Präzision und ermöglicht Abbildungen von filigranen und detailreichen Bauteilen. Dünne Wandstärken, feine Strukturen und exakte Oberflächen können mit dem ältesten 3D-Druck-Verfahren erzeugt werden. Ebenfalls können die Produkte optimal nachbearbeitet werden.

Die Stereolithographie ermöglicht eine noch schnellere Produktion, als es das Lasersintern oder Laserschmelzen schafft. Es wird daher speziell in Bereichen eingesetzt, in denen eine zügige Produktion von Bauteilen notwendig ist, wie beispielsweise in der Elektrotechnik oder dem Maschinen- und Werkzeugbau. Ebenfalls kann durch die kurze Produktionsdauer besonders wirtschaftlich produziert werden.

  • PolyJet- /MultiJet-Printing

Das PolyJet oder MultiJet Modeling (MJM) ist ein Druckverfahren, bei dem flüssige Acryl-Photopolymere schichtweise mit einem Inkjet-Druckkopf aufgetragen und mit UV-Licht ausgehärtet werden. So können transparente Bauteile aus einer großen Vielfalt von Materialien hergestellt werden. Das PolyJet-Modeling bezeichnet den schichtweisen Auftrag der Substanz über mehrere Druckköpfe, während sich beim MultiJet-Modeling verschiedene Materialien gleichzeitig auftragen lassen.

Die Oberflächenqualität ist ebenso gut umsetzbar wie die hohe Detailgenauigkeit. Außerdem können anfallende Nacharbeiten einfach erledigt werden. Daher ist es nicht verwunderlich, dass das PolyJet- oder MultiJet-Verfahren beim 3D-Druck im Bereich der additiven Fertigungsverfahren aufgrund der hohen Maßhaltigkeit und Materialfestigkeit der Bauteile als optimale Lösung gilt. Einer der größten Vorteile des Verfahrens ist die Kombination und Vielfalt der Materialien. Kunststoffprodukte mit Gummiüberzug oder farbig/transparente Bauteile können problemlos hergestellt werden. Die Produkte aus diesem 3D-Druck-Verfahren sind besonders für die Elektrotechnik- und Automobilbranche sowie für die Medizintechnik und Architektur geeignet.

  • Keramik-3D-Druck

Das Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) oder auch Keramik-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem eine flüssige Suspension aus feinem Keramikpulver und UV-lichtempfindlichem Monomer schichtweise aufgetragen wird. Das Bauteil wird unter UV-Licht ausgehärtet und anschließend mehrfach mit Brenntemperaturen von bis zu 1.600 °C behandelt. Die beim Aufbau zur Hilfe eingesetzten Polymere werden so entfernt und das Bauteil aus Keramik entfaltet seine finale Form.

Mit der LCM-Technologie kann technische Keramik zu Bauteilen verarbeitet werden, die nicht nur fest und präzise in der Herstellung sind, sondern auch noch mit glatten und glänzenden Oberflächen sowie mit Säure-, Lauge- und Hitzeresistenz überzeugen. Der gasdichte Werkstoff besitzt gute elektrische Isolationseigenschaften und kann vielfältig eingesetzt werden. Bauteile aus diesem Verfahren sind aufgrund ihrer starken Hitzebeständigkeit hervorragend für die Hochtemperaturtechnik geeignet. Die Produkte werden aber auch in der modernen Automobilbranche sowie in der Medizintechnik eingesetzt.

Bildquelle: Alexander Tolstykh – 326495312 / Shutterstock.com

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Über den Autor (*)

Martin Brosy

Martin Brosy
Boersenpoint

Martin Brosy betreibt die Börsenplattform und das Börsenspiel www.boersenpoint.de . Mit dem Beginn seines BWL-Studiums 2009 fing Herr Brosy damit an Aktien und Devisen erfolgreich zu traden.
Als Chefredakteur von Boersenpoint veröffentlicht er täglich seine Gedanken zu interessanten Aktien und komplexen Volkswirtschaftlichen Zusammenhängen.

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