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3D-Druck ist für jedermann geeignet!

von Nessan Cleary | 28.09.2017
3D-Druck ist für jedermann geeignet!

Allgemein bezeichnet der Begriff 3D-Druck eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken und Materialien, die alle ein Ziel haben: die Produktion dreidimensionaler Objekte.

In den meisten Fällen werden für diese Objekte Ebene für Ebene gedruckt, indem die jeweils folgende Ebene auf den bereits bestehenden Ebenen aufgetragen wird. Oft wird das Objekt dabei durch ein zweites Material gestützt. Zum Einsatz kommen viele verschiedene Verfahren, wie etwa extrudierte Kunststoffe, die zu fast flüssiger Form erhitzt werden, und dann beim Abkühlen aushärten.

 

Eine Alternative stellt die Stereolithographie dar, bei der Kunststoffobjekte aus Harz im UV-Licht ausgehärtet werden. Daneben gibt es auch Metalldrucker, die Metallpulver mit Lasern zu festen Objekten verschmelzen.

 

Bisher diente der 3D-Druck hauptsächlich der Erstellung von Prototypen zur Beschleunigung der Produktentwicklung. Doch zunehmend wird die Technik auch bei der Produktion von Bauteilen eingesetzt und heute oft als Additive Manufacturing bezeichnet. Doch noch sind die Verfahren teuer und langsam, weshalb man sich auf sehr hochwertige Anwendungen, vorwiegend in Raumfahrt und Medizin, beschränkt.

 

Dazu gehören etwa Bauteile von Boeing- und Airbus-Flugzeugen oder Prothesen und Zahnimplantate, die individuell maßgeschneidert werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung von Gussformen oder sogar von Werkzeugen, um die Bauteile damit konventionell herzustellen. Einige Unternehmen überlegen außerdem, Ersatzteile On-demand im 3D-Druck zu produzieren, um sie nicht in Lagerhallen vorhalten zu müssen.

 

Großformat und 3D-Druck

 

Viele Anbieter, die an der Herstellung von Großformat-Druckmaschinen beteiligt sind, entwickeln auch 3D-Drucklösungen, obwohl es fraglich ist, ob die beiden Technologien große Überschneidungen aufweisen.

 

Es gibt sicher einige Synergien mit dem CAD-Druck, wobei 3D-Drucker ein Modell des CAD-Entwurfs als anschaulicheren Prototypen oder auch Gebäudemodelle für den Architekturbereich modellieren.

 

Die enorme Zahl an verfügbaren 3D-Druckern vorzustellen reicht der Platz hier nicht. Stattdessen nehmen wir uns die Hersteller vor, die im Großformat-Bereich bereits einen Namen haben. Das liefert einen guten Querschnitt durch die vorhandene Technik.

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Von der israelischen Firma Massivit kommt ein 3D-Drucker, der speziell auf die Anforderungen des Point-of-Sale- und Markenmarketing getrimmt ist. Ein Markt, mit dem das Team bei Massivit gut vertraut ist – haben doch die meisten Mitarbeiter in der Führungsetage einmal für HP Scitex gearbeitet.

 

Der Massivit 1800 ist eine große Maschine mit einem Druckbereich von 1,5m x 1,2m x 1,8m. Sie kann lebensgroße Statuen aber auch Spezialeffekte für Aufsteller produzieren. Mit zwei Druckköpfen konfiguriert, könnte man zwei lebensgroße menschliche Statuen nebeneinander drucken.

 

Die Maschine nutzt das gelartige Material Dimengel, das als acrylbasiertes Fotopolymer unter UV-Licht fest wird. Einmal gehärtet ist das Material ziemlich stabil und bedarf keiner Stützen. Die Objekte können dabei auch hohl sein. Für den längeren Einsatz im Freien empfiehlt sich eine entsprechende Beschichtung.

 

Mimaki entwickelt derzeit einen 3D-Drucker, dessen Prototyp auf der jüngsten FESPA-Veranstaltung zu sehen war. Richtig interessant dabei ist, dass hier die 3D-Objekte aus der Tinte selbst entstehen. Der Druckkopf setzt ein lösliches Harz ab, um das Objekt zu stützen, wie auch die Tinte, die das Objekt formt. Beide werden in UV-Licht gehärtet.

 

Ist das Objekt gedruckt kann das Stützmaterial mit Wasser weggespült und das Objekt abgelöst werden. Das Gerät druckt sechs Farben - CMYK mit Weiß und Klarlack - und hat deshalb den vollen Farbraum von mehr als 10 Millionen Farben, den wir üblicherweise von UV-Druckern kennen.

 

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Dies ist gegenüber der Mehrzahl der 3D-Drucker ein besonderes Verkaufsargument, da diese lediglich eine Farbe ihres Druckmaterials nutzen. Einige 3D-Geräte bieten Farbe, doch die Mimaki-Maschine druckt deutlich brillantere, lebendigere Farben.

 

Ronald van den Broek, General Manager von Mimaki Europe, sieht den Nutzen in neuen Dimensionen der Werbemittelgrafik und sogar der Produktion von Artikeln wie Ansteckern. Doch der Hauptmarkt bleibt das Prototyping. Mimaki hat auch die Dateimanagement-Software zum Gerät entwickelt. Das Gerät sollte zum Ende des Jahres verfügbar sein.

 

Auch Canon ließ verlauten, 3D-Druckern entwickeln zu wollen. Derzeit unterhält Canon eine Partnerschaft mit 3D Systems, einem der wichtigsten Players im 3D-Geschäft, und verkauft deren Maschinen. Darunter ist auch der ProJet 660 Pro, der auf die Herstellung von Prototyp-Modellen ausgerichtet ist.

 

Der setzt das pulverförmige VisiJet-Material im Verbund mit CMYK und Klarlack-Tinte ein. Dabei enthält die Tinte bereits das Bindemittel, die den Objekten Stabilität verleihen. Weitere Optionen sind unter anderem Stereolithographie-Drucker, die Kunstharz-Material verwenden.

 

Roland hat bisher Desktopfräsmaschinen entwickelt, richtet seine Anstrengungen inzwischen aber mehr auf den Dentaldruck. Anfang des Jahres wurde ein 3D-Drucker für die Herstellung von Zahnersatz aus UV-gehärtetem Harz, der DWP- 80S vorgestellt. Daneben arbeitet Roland an einem Keramikdrucker, dessen Prototyp im vergangenen Jahr präsentiert wurde.

Dieser schießt ein Bindemittel ins Korundpulver und kann so fein detaillierte Objekte schaffen, die sowohl dekorativ, als auch in industriellen Bauteilen wie Keramikfiltern Verwendung finden können.

Mimaki hat diesen 3D-Drucker und auch die zugehörige Software entwickelt

Von der israelischen Firma Massivit kommt ein 3D-Drucker, der speziell auf die Anforderungen des Point-of-Sale- und Markenmarketing getrimmt ist. Ein Markt, mit dem das Team bei Massivit gut vertraut ist – haben doch die meisten Mitarbeiter in der Führungsetage einmal für HP Scitex gearbeitet.

Der Massivit 1800 ist eine große Maschine mit einem Druckbereich von 1,5m x 1,2m x 1,8m. Sie kann lebensgroße Statuen aber auch Spezialeffekte für Aufsteller produzieren. Mit zwei Druckköpfen konfiguriert, könnte man zwei lebensgroße menschliche Statuen nebeneinander drucken.

Die Maschine nutzt das gelartige Material Dimengel, das als acrylbasiertes Fotopolymer unter UV-Licht fest wird. Einmal gehärtet ist das Material ziemlich stabil und bedarf keiner Stützen. Die Objekte können dabei auch hohl sein. Für den längeren Einsatz im Freien empfiehlt sich eine entsprechende Beschichtung.

Mimaki entwickelt derzeit einen 3D-Drucker, dessen Prototyp auf der jüngsten FESPA-Veranstaltung zu sehen war. Richtig interessant dabei ist, dass hier die 3D-Objekte aus der Tinte selbst entstehen. Der Druckkopf setzt ein lösliches Harz ab, um das Objekt zu stützen, wie auch die Tinte, die das Objekt formt. Beide werden in UV-Licht gehärtet.

Ist das Objekt gedruckt kann das Stützmaterial mit Wasser weggespült und das Objekt abgelöst werden. Das Gerät druckt sechs Farben - CMYK mit Weiß und Klarlack - und hat deshalb den vollen Farbraum von mehr als 10 Millionen Farben, den wir üblicherweise von UV-Druckern kennen.

Der Massivit 1800 3D-Drucker wurde speziell für Schaufenster-Anwendungen entwickelt

Dies ist gegenüber der Mehrzahl der 3D-Drucker ein besonderes Verkaufsargument, da diese lediglich eine Farbe ihres Druckmaterials nutzen. Einige 3D-Geräte bieten Farbe, doch die Mimaki-Maschine druckt deutlich brillantere, lebendigere Farben.

Ronald van den Broek, General Manager von Mimaki Europe, sieht den Nutzen in neuen Dimensionen der Werbemittelgrafik und sogar der Produktion von Artikeln wie Ansteckern. Doch der Hauptmarkt bleibt das Prototyping. Mimaki hat auch die Dateimanagement-Software zum Gerät entwickelt. Das Gerät sollte zum Ende des Jahres verfügbar sein.

Auch Canon ließ verlauten, 3D-Druckern entwickeln zu wollen. Derzeit unterhält Canon eine Partnerschaft mit 3D Systems, einem der wichtigsten Players im 3D-Geschäft, und verkauft deren Maschinen. Darunter ist auch der ProJet 660 Pro, der auf die Herstellung von Prototyp-Modellen ausgerichtet ist.

Der setzt das pulverförmige VisiJet-Material im Verbund mit CMYK und Klarlack-Tinte ein. Dabei enthält die Tinte bereits das Bindemittel, die den Objekten Stabilität verleihen. Weitere Optionen sind unter anderem Stereolithographie-Drucker, die Kunstharz-Material verwenden.

Roland hat bisher Desktopfräsmaschinen entwickelt, richtet seine Anstrengungen inzwischen aber mehr auf den Dentaldruck. Anfang des Jahres wurde ein 3D-Drucker für die Herstellung von Zahnersatz aus UV-gehärtetem Harz, der DWP- 80S vorgestellt. Daneben arbeitet Roland an einem Keramikdrucker, dessen Prototyp im vergangenen Jahr präsentiert wurde.

Dieser schießt ein Bindemittel ins Korundpulver und kann so fein detaillierte Objekte schaffen, die sowohl dekorativ, als auch in industriellen Bauteilen wie Keramikfiltern 

Der Roland ARM-10 3D-Drucker verwendet ein stereolithographisches Verfahren mit einem Projektionssystem aus UV-LEDs. Er baut die Modelle, indem er flüssiges Harz aus einer Wanne Schicht für Schicht auf der Oberfläche aushärtet.

Auch Ricoh hat einen Geschäftsbereich für Additive Manufacturing aufgebaut und den 3D-Drucker S5500P entwickelt. Der verwendet selektives Lasersintern, indem er ein pulverförmiges Material aufträgt, das dann durch Laserbestrahlung für das Sintern vorbereitet wird.

Zum Einsatz kommen dabei Materialien wie PA12 und PA6, das sind leistungsfähige Nylonmaterialien, die auch für Anwendungsbauteile, etwa in der Automobilindustrie eingesetzt werden können. Er besitzt einen großen Druckbereich von 550mm × 550mm × 500 mm, in dem verschiedene kleine Teile gleichzeitig, oder ein großes Teil in einem Stück hergestellt werden.

HP entwickelt mit den Multi Jet Fusion 3D-Druckern seine eigene Reihe. Diese arbeitet mit den gleichen Druckköpfen, die auch in den Latex-Großformatsystemen zum Einsatz kommen. Verwendung findet dabei eine Form des Lasersinterns, bei der einem pulverförmigen Material zwei Wirkstoffe zugeführt werden.

Einer davon ist ein Bindemittel, in dem das Pulver in der Laserbestrahlung verschmilzt, der andere modifiziert das Pulver um dem Material spezielle Eigenschaften zu verleihen. Das kann Farbe sein oder eine Veränderung der Oberflächentextur. Sobald die flüssigen Wirkstoffe aufgetragen wurden fährt ein Laser über den Bereich und verschmilzt das Pulver dort, wo die flüssigen Wirkstoffe ein Muster bilden.

Bisher hat HP verschiedene Formen thermoplastischen Materials vorgeführt, doch das Unternehmen arbeitet auch an Keramik und anderen Materialien und unterstreicht seine Absicht, ein wichtiger Akteur im 3D-Markt zu werden.

There are a number of factors that anyone thinking about using 3D printing should take into consideration. Firstly, most of the machines tend to be relatively slow – the bigger the part, the longer it takes to print. Also, most of the various types of printing also require further cleaning and sometimes polishing before the objects can be used.

Most materials can be 3D-printed, ranging from silicon to titanium, as well as thermoplastics and nylons. But objects should be designed specifically for 3D-printing to take into account the material properties, and the appropriate files prepared accordingly. There are few practical limitations and everything from toys to parts for jet rocket engines have been 3D-printed – it really is down to your imagination! 

Fazit

Wer 3D-Druck einsetzen möchte, muss eine Reihe von Faktoren im Blick behalten. Zum ersten sind die meisten Maschinen vergleichsweise langsam - je größer das Bauteil, desto länger dauert der Druck. Auch erfordern die meisten Verfahren eine Reinigung nach dem Druck, manchmal auch zusätzliches Polieren.

Die meisten Materialien können 3D-gedruckt werden. Das reicht von Silikon bis Titan, und schließt auch Thermoplastik und Nylon ein. Doch die Objekte sollten speziell für den 3D-Druck unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften entworfen werden, und die Druckdateien müssen dementsprechend vorbereitet sein.

Es gibt wenige Einschränkungen in der Handhabung. Fast alles - vom Kinderspielzeug bis hin zu Raketentriebwerken - wurde schon einmal 3D-gedruckt. Es hängt alles nur von Ihrem Einfallsreichtum ab!

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