3D-Druck Möglichkeiten

Nessan Cleary berichtet über die aktuellen Möglichkeiten der 3D-Drucktechnologie.

Rückblickend können wir feststellen, dass die 3D-Drucktechnologie in den letzten zehn Jahren ziemlich schnell gereift ist, was es Druckdienstleistern wiederum leichter macht, zu beurteilen, ob dieser Markt eine brauchbare Möglichkeit zur Diversifizierung ihres Geschäfts bietet. Es steht außer Frage, dass die meisten Druckereien über die notwendigen Fähigkeiten verfügen sollten, um in den 3D-Druck einzusteigen, aber die Frage, die sich die meisten Druckereien stellen müssen, ist: Welche Art von Drucker sind sie?

Das liegt daran, dass sich der 3D-Druck von einer neuartigen Technologie zu einem kompletten Marktsegment der additiven Fertigung entwickelt hat. Gleichzeitig wird die Drucktechnologie, insbesondere im Großformatbereich, inzwischen in vielen industriellen Bereichen eingesetzt. Druckereien, die sich in erster Linie als Drucker verstehen, könnten also das Gefühl haben, dass es in der Grafikbranche nur begrenzte Möglichkeiten für den 3D-Druck gibt.

Für Unternehmen, die eher im Bereich des industriellen Drucks tätig sind, dürfte die Beschäftigung mit der additiven Fertigungstechnologie eine logische Ergänzung zu der von ihnen bereits verwendeten Drucktechnologie sein. Schließlich sind viele der Anbieter von Druckmaschinen, Tinten, Software und anderen Komponenten, die in der gesamten grafischen Druckindustrie verwendet werden, bereits auf den Zug der additiven Fertigung aufgesprungen.

HP hat zum Beispiel eine Reihe von 3D-Druckern entwickelt, die auf der gleichen Thermodruckkopftechnologie basieren, die auch in seinen Grafikdruckern verwendet wird. Außerdem verwendet HP seine eigenen 3D-Drucker zur Herstellung von Teilen für seine Latexdrucker. Ricoh vertreibt eine Reihe von 3D-Druckern und bietet einen Bürodruckservice an. Mimaki bietet bereits einen 3D-Drucker an, der hauptsächlich für die Herstellung von Modellen und Prototypen verwendet wird. Das Unternehmen prüft auch den Einsatz von 3D-Druck für die Entwicklung von Lebensmittelautomaten.

Mögliche Anwendungen

Noch vor ein paar Jahren hätte die Hauptmarktchance in der Herstellung von Prototypen bestanden, neben der Produktion von speziellen Vorrichtungen, Beschlägen und Lehren, und es gibt immer noch eine große Nachfrage nach diesen Dingen. Es gab einige Möglichkeiten, kleine Auflagen von Endverbrauchsteilen zu produzieren, aber wie in den Anfängen des Digitaldrucks fehlt es den kleinen Auflagen an Volumen, um die konventionelle Fertigung preislich herauszufordern. Wie wir jedoch beim Digitaldruck gesehen haben, sind die Maschinen schneller und effizienter geworden, so dass die Auflagenhöhen so weit gestiegen sind, dass die additive Fertigung zunehmend als kosteneffiziente Option angesehen wird, insbesondere für Ersatzteile und Komponenten, die nur in kleinen Stückzahlen ausgetauscht werden müssen.

Gleichzeitig hat sich die Palette der Materialien, die in 3D gedruckt werden können, erheblich erweitert, was zu niedrigeren Preisen und mehr Funktionalität führt. Dazu gehören viele verschiedene Arten von Kunststoffen, die sowohl starr als auch flexibel sind und in technischen Qualitäten mit verschiedenen Eigenschaften erhältlich sind, wie z.B. ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht oder Beständigkeit gegen Hitze oder bestimmte Chemikalien. Andere Materialien sind Gummi und sogar Filamente auf Holzbasis. In den letzten Jahren hat sich auch der Markt für den Metalldruck geöffnet, vor allem durch den verstärkten Einsatz der Inkjet-Technologie für das Binder-Jetting. Dabei wird das Baumaterial, das in Pulverform geliefert wird, auf ein Bett gestreut und die Bindemittelflüssigkeit wird dann genau dorthin gespritzt, wo sie benötigt wird, damit ein Teil des Pulvers verklumpt und eine feste Schicht bildet. Dieser Vorgang wird dann Schicht für Schicht wiederholt, um das Objekt aufzubauen. Diese Technik kann nicht nur für Metall, sondern auch für eine Reihe von anderen Materialien verwendet werden.

Eine relativ einfache Anwendung ist die Herstellung von Gussformen, wobei der 3D-Druck viel schneller und kostengünstiger ist als die meisten konventionellen Methoden. Dies ist ein attraktiver Arbeitsbereich, zum einen, weil er wirklich eine bessere Lösung bietet, zum anderen aber auch, weil die fertigen Teile mit den konventionell hergestellten identisch sind und daher keine weitere Zertifizierung für diese Teile erforderlich ist. Es gibt verschiedene Arten von Formen, wobei sich der Sandguss als besonders beliebt erweist. Fujifilm Dimatix hat gerade einen neuen Druckkopf eingeführt, der speziell für den Druck von Formen für den Sandguss sowie für das Jetten von Metallbindern geeignet ist. Der Starfire SG1024 L3F wurde entwickelt, um mit der aggressiven Binderflüssigkeit fertig zu werden, die bei diesen Anwendungen typischerweise verwendet wird.

Ein weiterer wachsender Markt sind Kleidungsstücke, wo 3D-Drucker zur Herstellung von maßgeschneiderten Knöpfen verwendet werden. Stratasys hat einen 3D-Drucker speziell für den Textilmarkt vorgestellt, den J850 Techstyle, der geprägte Designs direkt auf Textilien drucken kann. Dies kann für Logos verwendet werden und kann Text und Grafiken in mehreren Farben enthalten. Der Techstyle ist ein Polyjet-Drucker, der ein Harzmaterial ausstößt, das dann durch Einwirkung von ultraviolettem Licht polymerisiert wird. Er kann auf Kleidungsstücke wie Baumwolle oder Denim und auf Accessoires wie Handtaschen drucken.

Es gibt zahlreiche Beispiele für den Einsatz von 3D-Druckern zur Herstellung von Ersatzteilen. Chiltern Railways hat Ersatzteile für die Sitze seiner Personenzüge im 3D-Druckverfahren hergestellt. Die Teile, darunter Armlehnen und Haltegriffe, wurden mit einem Stratasys Fortus 450mc FDM-Drucker aus Ultem 9085-Harz hergestellt, das nach den Standards der Bahnindustrie für Feuer, Rauch und Toxizität zertifiziert wurde.

In einem anderen Beispiel druckt die deutsche Marke Sienna Garden, die eine Reihe von Gartenmöbeln vertreibt, 3D-Ersatzteile auf Anfrage. Bei den fraglichen Ersatzteilen handelt es sich meist um Dinge wie Kunststoff-Fußkappen oder Gelenke, die brechen oder sich einfach abnutzen. Diese Teile sind klein und relativ kostengünstig in kleinen Mengen zu drucken und der Druck auf Abruf spart die Kosten für die Lagerhaltung in einem Lagerhaus. Dasselbe Argument – die Senkung der Kosten für die Bestandsverwaltung – hat die Umstellung des Buchdrucks auf den Digitaldruck vorangetrieben und steht auch hinter dem Wachstum des Digitaldrucks für Etiketten und Verpackungen.

Aus der Perspektive des kommerziellen Druckmarktes liegt die additive Fertigung immer noch etwa 20 Jahre hinter dem Digitaldruckmarkt zurück. Zu dieser Zeit begannen Akzidenzdruckereien gerade erst, digitale Maschinen wie die Xerox iGen oder die Kodak Nexpress zu installieren, und Großformatdrucker erkannten gerade erst die Vorteile von UV-Flachbettdruckern in einem Markt, der immer noch von Solvent-Rollendruckmaschinen beherrscht wurde. In der Praxis bedeutet dies, dass Designer und Hersteller gerade erst anfangen, den 3D-Druck als eine Option für kleine Produktionsläufe in Betracht zu ziehen. Im Laufe des nächsten Jahrzehnts wird dies die Fertigung verändern, da keine speziellen Produktionslinien eingerichtet werden müssen. Damit steht die Tür offen für Büros, die verschiedene Arten von Organisationen und Anwendungen bedienen können, ähnlich wie es derzeit Druckdienstleister tun.