Der 3D-Druck ist schon seit vielen Jahren in der Industrie im professionellen Einsatz und ermöglicht eine Vielzahl an unterschiedlichsten Produkten. Seit dem ersten käuflichen 3D-Drucker aus dem Jahre 1988 welcher auf dem Laserstrahlsintern Verfahren beruhte, hat sich zu heutigen Methoden und Verfahren viel verändert. Oberbegriff des ganzen sind die sogenannten „additiven Verfahren“, bei denen die Bauteile Schicht um Schicht aufgebaut werden.

Auch die Deutsche Bahn sowie all Ihre Zulieferer produzieren Ersatzteile aus Metall und Kunststoff mittels 3D-Drucke. Damit können vor allem Lieferzeiten drastisch verkürzt werden. „So können wir eine bessere Versorgung mit Ersatzteilen sicherstellen und die Fahrzeuge schneller wieder für unsere Fahrgäste bereitstellen. Insbesondere geht es um Teile, die mit langen Lieferzeiten verbunden sind oder gar nicht mehr erhältlich wären“, so Stefanie Brickwede (Projektleiterin 3D-Druck DB).

Zu den modernen Fertigungsverfahren zählen unteranderem:

 

Druckverfahren

3D-Printing (3DP). Das in Pulverform vorliegende Material wird mit einem zusätzlichen flüssigen Binder und mittels eines Druckkopfes in den sogenannten Pulver-Bindeverfahren, ähnlich dem Selektiven Lasersintern, in Form gebracht. Überschüssiges Pulver wird anschließend abgesaugt und kann ebenfalls zur Herstellung anderer Bauteile genutzt werden.

Das gewünschtes 3D Modell entsteht so durch mehrere hundert oder gar tausend Schichten. Sowohl das Pulver als auch der Binder können zuvor eingefärbt werden und geben dem Modell so die gewünschte Farbe.

TechnikAuftragen von flüssigen Bindern auf ein Pulverbett
MaterialKunststoff, Keramik, Metall, Gips, Cellulose
VorteileNachteile
| wiederverwendbare Reste
| komplizierte Formen möglich| vollfarbige und teilfarbige Modelle
| keine Stützkonstruktion nötig
| raue Oberfläche
| Ungenaues Verfahren
   

Layer Laminated Manufacturing (LLM). Papier, Metall- oder Kunststofffolien werden schichtweise miteinander laminiert und mittels Schneidwerkzeug (Messer, Heißdraht, Laser) in Form geschnitten.

Bei Kunststofffolien werden diese verklebt oder polymerisiert, bei Metallfolien laser-, diffusions- oder ultraschallgeschweißt.

Besonders gut eignet sich dieses Verfahren gut für die kostengünstige Generierung massiver Bauteile und großer Modelle, da sie bezogen auf das Bauteilvolumen schnell arbeiten und maschinentechnisch wenig aufwendig sind.

TechnikVerkleben von Folien in verschiedenen Schichten
MaterialKunststofffolien, Papier, Metallfolien
VorteileNachteile
| schnelles Verfahren
| große Bauteile möglich
| kein Nachhärteprozess
| keine inneren Spannungen im Modell
| nicht für fragile Modelle geeignet
| Nachbearbeitung ist notwendig
| ineinander geschachtelte Teile
nicht möglich| Rest nicht wiederverwendbar
   

 

Selektives Laserstrahlsintern (SLS) und Laserstrahlschmelzen (SLM). Beim selektiven Laserstrahlschmelzen wird ein pulverartiger Werkstoff in einer dünnen Schicht auf eine Grundplatte aufgetragen und mittels eines Laserstrahls vollständig umschmolzen.

Beim selektiven Laserstrahlsintern hingegen wird der Werkstoff nicht vollständig geschmolzen, sondern nur angeschmolzen wodurch Sinterhälse die einzelnen Schichten miteinander verbinden.

TechnikLokals Aufschmelzen von pulverförmigen Werkstoffen durch einen Laser
MaterialKunststoff, Metall, Sand, Keramik
VorteileNachteile
| viele Werkstoffe zur Auswahl
| wiederverwendbare Reste
| komplexe Bauteile möglich
| hohe Detailgenauigkeit
| keine Stützen bei Kunststoff nötig
| Nachbearbeitung erforderlich
| hoher Energiebedarf
   

Fused Deposition Modeling (FDM). Das in fester Form vorliegende Material wird in einer beheizten Düse geschmolzen und anschließend Schicht um Schicht auf eine Bauplattform aufgebracht. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes Extrusionsverfahren, in welchem der Werkstoff aus der festen Phase aufgeschmolzen und verarbeitet wird.

Bei dem Werkstoff handelt es sich meist um Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), ein Kunststoff, der sich besonders für Einsatzobjekte mit hoher Beanspruchung eignet.

TechnikSchichtweises Auftragen von geschmolzenem Material
MaterialABS, Wachs, PLA, PC, PPSF
VorteileNachteile
| kleine Maschinen
| schnell
| Preiswert
| Fertigung kompakter Werkstücke
möglich
| begrenzte Genauigkeit
| begrenzte Materialien
| Stützkonstruktionen notwendig
   

 

Stereolithografie ist das älteste additive Verfahren bei welchem sich das Werkstück in einem Flüssigbad aus Photopolymer befindet, in das es nach und nach tiefer abgesenkt wird. Ein Laser fährt bei jedem Schritt über den Ausgangsstoff, flüssiges Photopolymer, um die gewünschte Form durch aushärten zu schaffen.

Nachdem das Bauteil gefertigt wurde, wird es aus dem Flüssigbad entnommen und kann abtropfen. Anschließend werden die Plattform sowie sämtliche Stützkonstruktionen vom Bauteil entfernt und das gefertigte Bauteil nachbearbeitet.

Hiermit ist es möglich filigrane Strukturen und glatte Oberflächen zu erzeugen und gilt somit als ein äußerst präzises Verfahren.

TechnikSchichtweises Aushärten von flüssigen Polymeren durch einen UV-Laser
MaterialAcryl- und Epoxidharze
VorteileNachteile
| schnelle Fertigung von
Gussteilvorlagen
| Vereinfachte Fertigung sonst
langwieriger oder nicht
herstellbarere Teile
| Stützkonstruktionen notwendig
| hoher Aufwand für Nacharbeit
| Polymerreste müssen entsorgt werden
| begrenzte Haltbarkeit der Bauteile
   

 

Download des ganzen Insights als PDF: