Additive Fertigung: Vom Prototyp bis zum Ersatzteil

Die neuen sogenannten 3D-Druckverfahren werden auch im Metallbau neue Möglichkeiten eröffnen. Was heute schon machbar ist und wo die Entwicklung hingehen wird zeigt der Beitrag.

Wir haben eine Übersicht mit Anbietern, Dienstleistern und weiterführenden Informationen zum 3D-Druck für Sie erstellt:

Anbieter

Hersteller:

www.3dsystems.com

www.4dconcepts.de

www.arcam.com

www.concept-laser.de

www.envisiontec.com

www.eos.info

www.hp.com/de

www.kisters.de

www.makerbot.com

www.materialise.de

www.slm-solutions.com

www.realizer.com

www.stratasys.com

www.toolcraft.de

www.voxeljet.de .

Dienstleister:

www.3d-prototyp.com

www.3dsystems.com

www.hawener.de

www.makeyourproduct.com

www.rapidobject.com

www.shapeways.com

www.speedpart.de

www.voxeljet.de

(Auswahl, ohne Anspruch auf Vollständigkeit!)

Weitere Infos und Quellen

www.3d-drucken.de : 3D-Druck-Blog

www.3d-grenzenlos.de : Online-Magazin

www.3druck.com : Online-Magazin

www.thingiverse.com : 3D-Druckvorlagen

www.wikipedia.de : Suche: 3D-Druck, Lasersintern etc.

Berger, U.; Hartmann, A.; Schmid, D.: Additive Fertigungsverfahren - Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing. Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2013

Expertenkommission für Forschung und Innovation (Hrsg.): EFI-Gutachten: Additive Fertigung („3D-Druck“), Eigenverlag, Berlin 2015, Download: www.e-fi.de/fileadmin/Inhaltskapitel_2015/2015_B4.pdf

Gebhardt, A.: Generative Fertigungsverfahren - Additive Manufacturing und 3D Drucken für Prototyping – Tooling: Produktion, Hanser, München 2013.

Druckverfahren und Drucker

Seit der 3D-Druck 1983 durch den US-Amerikaner Chuck Hull erfunden wurde, entstanden im Laufe der Jahre zahlreiche neue additive Fertigungstechniken. Diese werden grob in die Kategorien Pulverbett-, Freiraum- und Flüssigmaterialverfahren unterteilt. Zu den Pulverbettverfahren zählen beispielsweise das Selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS), zu den Freiraumverfahren das Fused Deposition Modeling (FDM) oder das Contour Crafting (CC). Prominente Beispiele für Flüssigmaterialverfahren sind das Digital Light Processing (DLP) und die Stereolithografie (SLA). Daneben gibt es zahlreiche weitere Schichtbauverfahren, wozu beispielsweise auch der 3D-Betondruck gehört.

Die Funktionsweisen sind ähnlich: Entweder wird über einer mit Flüssigkunststoff oder Metall-/Kunststoffpulver gefüllten Kammer eine von einem Schrittmotor gesteuerte Lasereinheit geführt. Dort, wo der Laserstrahl die Konturen des Bauteils abfährt, erhärtet das Material schichtweise. Oder das Material wird direkt aus einer Druckkopfdüse schichtweise aufgebracht und erhärtet selbstständig. Eine Vorrichtung senkt die erhärtete Schicht ab, respektive der Druckkopf hebt sich. Anschließend fährt der Laser oder Druckkopf die Kontur erneut nach, bis eine neue Ebene fertig ist. Auf diese Weise entsteht schichtweise von unten nach oben das Objekt, das anschließend gegebenenfalls gehärtet, gereinigt, getrocknet, geglättet, lackiert, respektive von Stützkonstruktionen befreit werden muss.

Das Angebot an 3D-Druckern ist mittlerweile unüberschaubar. Die Spanne reicht von kleinformatigen Feststoffdruckern für Privatanwender mit Baugrößen (Länge mal Breite mal Höhe) bis etwa 250 mal 200 mal 150 Millimeter ab 500 Euro, über Desktopdrucker für CAD-Konstruktionsarbeitsplätze ab 2.000 Euro für Modellgrößen bis etwa 400 mal 250 mal 200 Millimeter, industrietauglichen Lasersinteranlagen für Metall oder Kunststoff bis etwa vier mal zwei mal ein Metern, bis hin zu Großformat-Druckern mit siebzig mal zehn mal sechs Metern und mehr.

Professionelle Gerätetechnik ermöglicht größere Objekte, druckt sie schneller mit besseren Oberflächenqualitäten, kostet allerdings auch mehrere 100.000 Euro. Metalle wie Aluminium, diverse Stähle oder Titan werden als Ausgangsmaterial beim Selektiven Laserschmelzen (SLM) verwendet. Bei diesem Verfahren schmilzt das Metallpulver am jeweiligen Bearbeitungspunkt durch die Wärmeenergie des Laserstrahls ohne die Verwendung von Bindern schichtweise aus. Das Metallpulver erstarrt und es entsteht ein homogener Werkstoff mit hoher Dichte. Wird beim Herstellungsprozess auf die Temperaturführung geachtet, bleiben die Eigenschaften des Ausgangsmaterials weitgehend erhalten. Derzeit in der Entwicklung befindet sich das Selektive Elektronenstrahlschmelzen (SEBM), das auch hochfeste Stähle, etwa Werkzeugstähle, verarbeiten kann.

3D-Druck als (Online-)Dienstleistung

3D-Drucker in Industriequalität sind teuer. Deshalb werden 3D-Druckaufgaben häufig als Dienstleistung vergeben. Die Kosten für 3D-Druckdienstleistungen hängen von vielen Faktoren ab: vom Bauverfahren, von der Datenqualität, der Modellgröße, der Oberflächengenauigkeit, von einem eventuell notwendigen Nachbearbeitungsaufwand sowie von den Materialkosten. Da es keine Standards gibt, sind die Preise und Qualitäten sehr unterschiedlich. Deshalb sollte man sich vorher Angebote einholen und Referenzmodelle anschauen. Eine Anbieter-Übersicht bietet zum Beispiel www.3d-grenzenlos.de/listen/3d-drucker-dienstleister. Zunehmend werden auch Online-Dienstleistungen offeriert: So kann man beispielsweise unter www.fabberhouse.de, www.sculpteo.de oder www.shapeways.com sein 3D-Modell in den Datenformaten STL, IGS, 3DS, SKP etc. hochladen und ein im 3D-Druckverfahren generiertes Modell in gewünschter Größe und Materialqualität bestellen. www.fkm-lasersintering.de, www.makeyourproduct.com oder www.rapidobject.com haben vor allem Geschäftskunden als Zielgruppe. Das Prinzip ist einfach: Nachdem das 3D-Modell hochgeladen wurde, wird es auf typische Modellierfehler geprüft. Wird anschließend das Druckverfahren und Material gewählt, die Baugröße und die Anzahl definiert, wird der Preis angezeigt. Nachdem das Modell bezahlt wurde, erhält man das fertige Objekt nach einigen Tagen postalisch zugesandt. Ein paar Dinge sollte man allerdings beachten: So hängt die maximale Objektgröße vom 3D-Drucker und vom Druckverfahren ab. Weitere Vorgaben betreffen das Material, Mindestgrößen, Mindestwandstärken oder Mindestspaltmaße. Die 3D-Druckobjekte können teilweise auch nachbearbeitet werden, zum Beispiel Gewinde gebohrt oder Flächen plan abgefräst werden.

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Letzte Aktualisierung: 25.06.2019