3D-Drucker

Ein kleines Gargoyle-Modell wurde gescannt und dann mit einen 3D-Drucker ausgedruckt.

Das Video zeigt komprimiert auf vier Minuten das ca. 30-minütige Drucken einer Kugel im Fused Deposition Modeling-Verfahren.

3D-Printer der Bauart Lasersintern

Die Venus vom Hohle Fels ist eine etwa sechs Zentimeter hohe, aus Mammut-Elfenbein geschnitzte Venusfigurine, die im September 2008 bei Ausgrabungen in der Höhle Hohler Fels am Südfuß der Schwäbischen Alb bei Schelklingen entdeckt wurde. Die Figur wurde vor wenigstens 35.000 Jahren hergestellt und ist die älteste bisher aufgefundene Darstellung einer Menschenfigur. Die Replik wurde mittels eines 3D-Druckers der Bauart Stereolithographie hergestellt.

Ein 3D-Drucker (dreidimensionaler Drucker) ist eine Maschine, die aus einem flüssigen oder pulverförmigen Werkstoff oder einer Mehrzahl von Werkstoffen gemäß den durch einen elektronischen Datensatz vorgegebenen Maßen und Formen und mittels physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozessen ein dreidimensionales Werkstücke aufbaut. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze und Metalle.

3D-Drucker sind eine spezielle Unterart der Maschinenklasse der digitalen Fabrikatoren, die aus Materialien gemäß eingegebenen digitalen Daten dreidimensionale Gegenstände herstellen, z.B. subtraktiv aus Materialstücken ausfräsen (CNC-Maschinen), aussägen oder z.B. mit Messern oder Lasern ausschneiden. Innerhalb der Klasse der digitalen Fabrikatoren sind die 3D-Drucker die wichtigste Klasse der Teilklasse der additiven, also anhäufenden, aufbauenden Fabrikatoren.

3D-Drucker dienten zunächst vor allem der Herstellung von Prototypen und Modellen, dann der Herstellung von Werkstücken, von denen nur geringe Stückzahlen benötigt werden. So verwendet z.B. der Flugzeughersteller Boeing in dem Kampfjet F-18 Hornet 86 Lasersinterteile. Siehe hierzu auch Rapid Prototyping.

Einige grundlegende Vorteile gegenüber konkurrierenden Herstellungsverfahren führten und führen zu einer zunehmenden Verbreitung der Technik auch in der Massenproduktion von Teilen. Gegenüber dem Spritzgussverfahren z.B. hat das 3D-Drucken den Vorteil, dass das aufwändige Herstellen von Formen und das Formenwechseln entfällt. Gegenüber allen Material wegnehmenden Verfahren wie schneiden, drehen, bohren hat das 3D-Drucken den Vorteil, dass der Materialverlust entfällt. Meist ist der Vorgang auch energetisch günstiger, weil das Material nur einmal aufgebaut wird und zwar genau in der benötigten Größe und Masse und dann fertig ist. Siehe hierzu auch Schnelle Fertigung.

Die wichtigsten Techniken des 3D-Druckens sind das selektive Lasersintern und das selektive Laserschmelzen für Metalle, die Stereolithographie und das Digital Light Processing für flüssige Kunstharze und das Polyjet-Modeling sowie das Fused Deposition Modeling für Kunststoffe und tw. Kunstharze.

multipler 3D-Druck

Meist arbeiten 3D-Druckmaschinen nur mit einem Werkstoff bzw. einer Werkstoffmischung und einem Druckverfahren. Versuchsweise wurden aber schon kombinierte Druckverfahren erprobt. So haben etwa Wissenschaftler der Cornell-Universität eine komplette Zink-Luft-Batterie aus mehreren Werkstoffen gedruckt.

Industrie

Bekannte Hersteller von 3D-Druckern sind im Bereich

• selektives Lasersintern/selektives Laserschmelzen: Concept Laser, EOS, MTT Technologies, SLM Solutions
• Stereolithographie: 3D Sytems, Huntsman
• Digital Light Processing Modeling: Envisiontec, Rapidshape, Z Corporation
• Polyjet-Modeling: Objet, Voxeljet
• Fused Deposition Modeling: Bits from Bytes, Makerbot Industries

Literatur

• Andreas Gebhardt: Rapid Prototyping - Werkzeuge für die schnelle Produktentstehung. 2. Auflage, Hanser Verlag, München 2000, ISBN 3-446-21242-6
• Gregor Honsel: Rapid Manufacturing. 3D-Druck war bisher ein Verfahren für wenige Spezialanwendungen in der Industrie. Jetzt erobert es den Massenmarkt – und setzt einen Kreativitäts-Turbo in Gang. in Technology Review, 23.03.11
• Wilhelm Meiners: Direktes Selektives Laser Sintern einkomponentiger metallischer Werkstoffe, Dissertation, RWTH Aachen 1999
• Jean-Pierre Kruth u.a.: Binding Mechanisms in Selective Laser Sintering and Selective Laser Melting, In: Rapid prototyping journal, 11 (1), 2005, pp. 26-36. ISSN 13552546

Quellen

Kristin Hüttmann: Management. 3-D-Druck. Plastische Industrie. Schwere Werkzeuge? Das war einmal. Industrieteile, Kaffeemaschinen oder Haken für Gartenmöbel können auch 3-D-Drucker fertigen. Nur billiger. in Financial Times Deutschland. Enable. Magazin für Unternehmer., Ausgabe Januar 2012, Seite 24

Siehe auch

• CAD
• STL-Schnittstelle

Weblinks

 Commons: 3D printing – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Ein Wiki über das RepRap-Projekt zu Schaffung von freien 3D-Druckern
• Paul Marks: A plane you can print. in New Scientist vom 21. Juli 2006

Hochschulseiten

• Webseite: Three Dimensional Printing des Three Dimensional Printing Laboratory des Massachusetts Institute of Technology
• Veröffentlichungen von Prof. Dr. -Ing. Andreas Gebhardt, Inhaber des Lehrstuhls für Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Rapid Prototyping

Kunst

• Komplex geformte 3D-Metall-Drucke des Künstlers Bathsheba Grossman
• Technokunst: Markus Kayser’s Solar Sinter Projekt - ein 3D-Drucker der mit Sonnenlicht und Wüstensand druckt.