3D Druck

Für Industrie respektive Wirtschaft ist die Produktion individueller, maßgeschneidert auf die jeweiligen Kundenwünsche abgestimmter Produkte und Artikel längst eine wesentliche Voraussetzung für Wettbewerbs- sowie Konkurrenzfähigkeit und damit auch für den ganzheitlichen Geschäftserfolg. Dieser Anspruch spornt Unternehmen nicht nur zu Höchstleistungen an, sondern sorgt auch dafür, dass die Wettbewerber immer wieder neue Produktvarianten auf den Markt bringen. Dies hat Konsequenzen für das gesamte Fertigungssystem bzw. für die Produktionsstrategie eines Unternehmens. Eine moderne Fertigung zeichnet sich dabei vor allem durch Individualität und Flexibilität aus. Traditionelle Abläufe und herkömmliche Fertigungsverfahren greifen hier in der Regel nicht mehr oder nur unzulänglich.

Mit dem 3D Druck ist hierbei ein Verfahren bzw. eine Methode in den Vordergrund gerückt, die den Anforderungen im Hinblick auf ein Plus an Flexibilität und Individualität gerecht wird. Denn qualitativ hochwertige 3D Drucker ermöglichen eine individuell abgestimmte Fertigung von Produkten, von Bau- und Formteilen, von Werkstücken oder von Komponenten. Dabei ist es zum einen möglich, den 3D Druck zum Beispiel im Rahmen der Serienfertigung, des Rapid Prototypings oder etwa der Konstruktion von einzelnen Komponenten einzusetzen. Wichtig dabei: Mit dem 3D Druck Verfahren ist grundsätzlich auch die Herstellung mit Losgröße 1 möglich. Dank der großen Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten erhält so ein Unternehmen die nötige Flexibilität und Individualität bei der Produktion. Außerdem versetzen Sie diese Möglichkeiten in die Lage, die individuelle Fertigung mit Mass Customization – also mit der Massenproduktion – zu verknüpfen. Das ist aber noch nicht alles. Hinzu kommt, dass Sie die Montagezeit in der Regel deutlich verkürzen. Zudem entfällt eine aufwändige und dabei äußerst kostenintensive Lagerhaltung, da mittels des 3D Drucks stets schnell auf Nachfragen oder auf sonstige Gegebenheiten reagiert werden kann.

In der einschlägigen Fachliteratur wird der 3D Druck zu den urformenden Herstellungsverfahren gezählt. Bei einem solchen urformenden Fertigungsverfahren wird ein festes Objekt bzw. ein fester Körper aus einem formlosen Stoff hergestellt; der via 3D Druck gefertigte Körper besitzt dabei immer eine geometrisch definierte Form. Grundsätzlich werden diesbezüglich beim 3D Druck physische Objekte aus digitalen Informationen respektive digitalen Dateien erzeugt. Die entsprechende Digitalisierung der Daten erfolgt dabei auf drei unterschiedliche Arten:

• CAD Modellierung
• 3D Scan
• 3D Modellierung

Auf diese Art und Weise entstehen letztendlich digitalisierte Daten, können aber nicht sofort und ohne Hilfsmittel von einem 3D Drucker gelesen und für den entsprechenden 3D Druck genutzt werden. Hierfür wird eine spezielle Software benötigt, mit deren Hilfe die geometrische Form eines zu druckenden Bauteils oder Werkstück in die Maschinensprache des jeweiligen 3D Druckers übertragen wird. Bei der Maschinensprache handelt es sich um den so bezeichneten G-Code. Software dieser Art wird in der Branche Slicer genannt. Diese Software nennt sich Slicer. Von der Verfahrensweise her gibt es bei den verschiedenen Software Programmen im Detail oftmals kleinere Unterschiede. Slicer wie zum Beispiel Cura von Ultimaker setzen auf das Zerschneiden des jeweiligen 3D Objekts in einzelne Scheiben, um anschließend – auf Basis zuvor definierter Einstellungen – den genutzten Verfahrweg des jeweiligen 3D Druckkopfs (hier: Print Head) vorzugeben.

Der 3D Druck selbst erfolgt dann gemäß den vorgegebenen digitalen Daten und Werten durch das schichtweise Auftragen von Material. Dieser Prozess erfolgt – je nach genutzter Verfahrenstechnologie – unterschiedlich. Als Ausgangsmaterial werden – je nach gewählter Verfahrenstechnik – beim 3D Druck eine oder auch mehrere Werkstoffe genutzt. Bei einigen Verfahren muss das Material eine feste Form besitzen, währen bei anderen Verfahren wiederum Materialien in flüssiger Form Verwendung finden. So kommen zum Beispiel Kunststoffe, Metalle, Kunstharze oder auch Keramiken zum Einsatz. Unabhängig von der der jeweils verwendeten Methode werden 3D Druckverfahren dabei prinzipiell der additiven Fertigung respektive den generativen Fertigungsverfahren zugerechnet.

Genutzt wird der 3D Druck in erster Linie in den Bereichen Modellbau und Prototyping. Zudem spielt der 3D Druck mittlerweile auch bei der Fertigung von Werkstücken eine dominante Rolle. Seit einigen Jahren setzen Unternehmen den 3D Druck auch für die explizite Produktion von Serienstückzahlen im Rahmen von kleinen und mittleren Losgrößen ein. Die diesbezügliche Nachfrage nimmt kontinuierlich zu. Die meisten Unternehmen haben inzwischen das Potential dieser Verfahrenstechnik voll und ganz erkannt. Nicht umsonst prognostizieren Branchen Experten und 3D Druck Profis, dass der 3D Druck Service weiter an Bedeutung gewinnen und sich die industrielle Fertigung aufgrund der Möglichkeiten des 3D Drucks nachhaltig verändern wird.

Insgesamt gibt es inzwischen eine große Bandbreite an 3D Druckverfahren und auch an 3D Druckern. So stehen beim 3D Druck Service vom Kunststoff schmelzenden 3D Desktop Drucker bis hin zu Druckern für den industriellen Einsatz, die Pulver selektiv per Laser schmelzen, eine große Auswahl an 3D Druckern für unterschiedlichste Einsätze und Ansprüche zur Verfügung. Unterschiede zwischen den einzelnen Verfahren machen sich vor allem im Hinblick auf die Kosten und den Zeitaufwand bemerkbar. Denn sowohl Kosten als auch die allgemeine Druckdauer variieren im Rahmen der jeweiligen Technologie, des genutzten 3D Druckverfahrens an sich sowie der Objektgröße und der Nachbearbeitung bzw. der Oberflächenveredelung mitunter stark.

Alleine die Druckdauer offenbart hier eminente Unterschiede. Einige Objekte lassen sich innerhalb von einigen Minuten ausdrucken, während der 3D Druck von besonders großen und komplexen Objekten teilweise Tage in Anspruch nimmt. Die Druckzeit wird dabei immer auch von der geforderten Auflösung respektive von dem eingesetzten 3D Druck Verfahren positiv oder negativ beeinflusst. Die beim jeweiligen 3D Druck Vorhaben zum Einsatz kommenden Materialien müssen dabei immer zum gewählten 3D Druck Verfahren passen; sie sind also vom jeweils gewählten Verfahrensweg abhängig. Denn nicht jeder 3D Drucker ist in der Lage, jedes Material zu verarbeiten. Unser spezieller 3D Druck Service für Sie: Im Folgenden skizzieren wir für Sie die am häufigsten genutzten 3D Druck Verfahren.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Hierbei handelt es sich um ein spezielles Schmelzschicht-Verfahren. Die Methodik, die sich hinter diesem Verfahren verbirgt, ähnelt auf den ersten Blick erst einmal der Funktionsweise eines klassischen Druckers: Grundsätzlich wird dabei ein Punkte Raster auf eine bestimmte Fläche aufgetragen. Bei herkömmlichen Druckern übernehmen dies der Druckerkopf und der Toner. Im Gegensatz dazu erzeugt ein 3D-Drucker die jeweiligen Punkte durch die Verflüssigung von Wachsmaterialien oder drahtförmigen Kunststoffen. Erreicht wird die Verflüssigung des an sich festen Ausgangsmaterials durch eine gezielte Erwärmung des jeweiligen Werkstoffs. Nach der Verflüssigung des Wachsmaterials respektive des drahtförmigen Kunststoffs, wird das Material auf die jeweilige Fläche aufgetragen.

Dies erfolgt durch Extrusion mittels einer Düse. Diese Düse, die auch Mundstück oder Matrize genannt wird, fungiert als formgebende Öffnung. Im Rahmen der Extrusion werden dann feste oder auch dickflüssige Massen, die härtbar sind, aus eben der formgebenden Öffnung herausgepresst. Dabei entstehen so bezeichnete Extrudate, die dem jeweiligen Querschnitt der Öffnung entsprechen. Die Düse stellt dabei den Extruder dabei. Dieser erhitzt die Kunststofffäden, auch Filament genannt, mit denen der involvierte 3D-Drucker dann letztendlich druckt. Nach der kompletten Aufbringung kühlt das Material wieder ab, was dann wieder zur Erhärtung des 3D Druckobjekts führt.

Stereolithografie (SLA)

Die Stereolithografie (SLA) findet häufig im Rapid Prototyping Anwendung. Die Einsatzgebiete sind breit gestreut, So nutzen wir als 3D Druck Dienstleister SLA zum Beispiel für das Anfertigen von funktionalen Prototypen, für die Gestaltung von Designstudien, funktionalen Prototypen oder etwa auch für die Herstellung von Präsentationsmodellen. Unabhängig vom Einsatzfeld zeichnet sich die Stereolithografie grundsätzlich durch das Generieren von hervorragenden Oberflächeneigenschaften sowie durch eine explizit hohe Genauigkeit aus.

Vom verfahrenstechnischen Grundprinzip her, setzt die Stereolithografie auf das selektive Aushärten eines Photopolymers mit Hilfe eines im 3D Drucker integrierten UV Lasers. Dieser Laser sorgt dafür, dass das photosensitive Ausgangsmaterial durch das UV Licht gezielt an den jeweils definierten Stellen polymerisiert. Bei einer Polymerisation handelt es sich um bestimmte Synthesereaktionen, die unterschiedliche oder auch gleichartige oder unterschiedliche Monomere in Polymere überführen.

Dabei wird schichtweise vorgegangen. Hat der 3D Drucker dabei eine Schicht komplett erstellt, widmet er sich erst der nächsten Schicht. Von der Methodik her verändert die Plattform ihre jeweilige Position, damit der 3D Drucker immer die nächsthöhere Schicht erstellen kann. Wichtig: Die Stereolithografie benötigt bei der Fertigung eines 3D Objekts grundsätzlich Supportstrukturen. Diese zusätzlichen Stützstrukturen sollen verhindern, dass mögliche Überhänge während des 3D Druckprozesses in der Flüssigkeit absinken.

Selektives Laser Sintern (SLS – Selective Laser Sintering)

Beim Selective Laser Sintering – auch als Selective Laser Melting (SLM) bezeichnet – wird Druckmaterial in Pulverform genutzt. Allerdings werden dabei die jeweiligen Layer im Gegensatz zum ähnlichen 3DP Verfahren aber nicht mit einem in flüssiger Form vorliegenden Klebstoff verbunden. Stattdessen erfolgt die Verschmelzung durch einen Hochleistungs-Laser (hier: CO2 Laser). Dieser Vorgang der Verschmelzung wird immer unter einer Schutzatmosphäre realisiert.

Der leistungsstarke Laser verschmelzt dann unter eben dieser Schutzatmosphäre die feinen Partikel des als Ausgangsmaterial verwendeten Pulverwerkstoffs. Dies geschieht durch das Scannen der Oberfläche einer Pulverschicht. Den Ausgangspunkt für den schichtweisen Aufbau eines 3D Modells bilden immer die bereitgestellten 3D CAD Daten. Neben Kunststoffen verarbeitet das Selektive Laser Sintern auch Materialien wie Keramiken Metalle und zum Beispiel Sand. SLS ist dabei prädestiniert für die Fertigung von stabilen bzw. hochfesten Objekten für Prüfvorgänge unterschiedlichster Art unter realen Bedingungen.

SLS eignet sich dabei grundsätzlich hervorragend für die Fertigung von hochgradig komplexen Geometrien, die sich auch bei kritischen Anwendungen als äußerst schlagfest präsentieren und über eine gute Temperaturresistenz sowie über eine explizit hohe chemische Beständigkeit verfügen. In der Praxis respektive im Rahmen von industriellen Anwendungen können Sie durch das Nutzen dieses Verfahrens erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen realisieren. Gerade für kleinere Produktionsmengen stellt das Selective Laser Sintering eine erstklassige 3D Druck Service Lösung dar.

Selektives Laser Schmelzen (SLM – Selective Laser Melting)

Das Selektive Laserschmelzen zählt zu den additiven bzw. generativen, werkzeuglosen Fertigungsverfahren für Materialien und Werkstoffe aus Metall. Das Selective Laser Melting wird im englischen Sprachraum auch als Additive Manufacturing (AM) bezeichnet. In Deutschland hat sich der Begriff 3D-Metalldruck als übergeordnete Bezeichnung etabliert. Bei diesem Verfahren muss das metallische Ausgangsmaterial in Pulverform vorliegen. Ein sogenannter Beschichter trägt das Metall in Pulverform dann auf eine Bauplattform auf.

Eine wichtige Aufgabe übernimmt dabei ein hochenergetischer Faserlaser. Denn dieser schmilzt das Pulver lokal auf, bevor es anschließend wieder erkaltet. Ein Scanner fungiert dabei als Spiegelablenkeinheit; er ist für die bedarfsgerechte Ablenkung des Laserstrahls und somit für die Bauteilkontur verantwortlich. Der Aufbau eines entsprechenden 3D Bauteils erfolgt schichtweise. In der Regel sind dabei Schichtstärken von 15 bis 500 µm möglich. Ist eine Schicht komplett fertig, senkt sich der Bauraumboden entsprechend ab und die nächste Schicht wird via Auftragung von Pulver und anschließendem bzw. erneutem Schmelzen produziert.

Dieser Ritus respektive Zyklus wird vom 3D Drucker dabei so lange wiederholt, bis letztendlich eine fertige 3D Geometrie entstanden ist. Aufbaubedingt kommen bei diesem Verfahren Stütz- bzw. Supportstrukturen zum Einsatz. Bei Bedarf arbeiten wir als 3D Druck Dienstleister das jeweilige Bauteil entsprechend der Vorgaben nach. Ob Wärmebehandlung oder Oberflächenfinish – alles ist möglich. Selektives Laserschmelzen erlaubt grundsätzlich eine höchst variable Herstellung von zum Beispiel von Prototypen und Einzelanfertigungen der Losgröße 1 bis hin zur Serienfertigung in der Industrie.

Poly Jet/ Material Jetting

Beim Poly Jet/ Material Jetting handelt es sich um ein präzises 3D Druck Verfahren mit großer Auswahl von unterschiedlichen Materialien. Mit dieser leistungsstarken 3D Druck Technologie können grundsätzlich glatte und detailreiche Bauteile, Prototypen sowie zum Beispiel auch Produktionshilfsmittel gefertigt werden. Aufgrund einer enormen Genauigkeit von bis zu 0,1 Millimeter und dank einer mikroskopischen Schichtauflösung lassen sich auch äußerst komplexe Geometrien und explizit dünne Wände herstellen.

Zusammengenommen bietet die Poly Jet Technologie eine qualitativ hochwertige Oberflächenglätte, eine außergewöhnliche Detailliertheit und eine hohe Präzision. So erstellen wir als 3D Druck Dienstleister zum Beispiel detaillierte Prototypen mit der Ästhetik des Endprodukts, präzise Formwerkzeuge, Montagevorrichtungen, Schablonen und andere Fertigungswerkzeuge. Zudem ist es im Rahmen unseres 3D Druck Service jederzeit möglich, eine große Bandbreite an Materialien und Farben in einem einzigen Modell zu kombinieren bzw. zu integrieren.

Pulver-Binder-Verfahren / Binder Jetting

Das Binder Jetting ist ein spezielles Pulver-Verfahren, bei dem auf die jeweilige Pulver-Schicht gezielt ein Bindemittel aufgetragen wird. Verteilt bzw. Aufgetragen wird dieses Bindemittel von den Druckköpfen, die dabei ähnlich arbeiten wie ein gewöhnlicher Tintenstrahldruckkopf. Als Baumaterial wird in der Regel Gips eingesetzt, aber im Laufe der Zeit sind weitere Materialien – wie zum Beispiel – Metall, Kunststoffe und Keramik in den Fokus gerückt. Allerdings sind die via Binder Jetting hergestellten Modelle nicht sehr stabil.

Zu einem guten 3D Druck Service gehört hier, dass das Modell in zusätzlichen Arbeitsgängen infiltriert wird, um auf diesem Wege eine Erhöhung der Festigkeit zu erzielen. Wenn farbige Bindemittel genutzt werden, ist es möglich, Modelle auch mehrfarbig auszudrucken. Stützstrukturen werden bei diesem Verfahren prinzipiell nicht benötigt. Stattdessen werden die jeweiligen Teile direkt vom nicht verklebten Pulver gehalten. Das pulverbasierte Verfahren Binder Jetting funktioniert dabei mit nahezu jedem Material, sofern es in Pulverform vorliegt.

Dabei lassen sich beispielsweise Grünteile herstellen, die dann mittels anderer Fertigungstechnologien weiterverarbeitet werden. So können Teile bzw. Modelle aus Materialien wie zum Beispiel Metall oder Keramik in einem Postprozess gezielt gesintert werden. Durch diesen Vorgang wird dann das Bindemittel ausgetrieben. In der Regel kommt es dabei zu einem unkontrollierten Schrumpfen des Modells bzw. des Objektes. Spezialisierte 3D Druck Dienstleister stellen mit diesem Verfahren zum Beispiel Prototypen in voller Farbe her, die insbesondere für Form- und Passtests verwendet werden. Auch Urmodelle für den Guss werden oftmals mit Binder Jetting hergestellt.

Digital Light Processing (DLP)

Beim 3D Druck Verfahren Digital Light Processing kommt ein Projektor zum Einsatz. Er ist dazu auserkoren, Photopolymer-Harze zu erhärten. Im Grunde genommen ähnelt DLP dem SLA, nur dass eben kein UV-Laser, sondern eine Dunkelkammerleuchte genutzt wird.

Die Objekte an sich werden dann allerdings genauso wie beim SLA Verfahren gefertigt. Zwei verschiedene Vorgehensweisen sind hier möglich. Zum einen können die Objekte einfach aus dem Harz herausgezogen werden, was Platz schafft für das nicht erhärtete Harz (jeweils am Boden des Behälters); so wird dann die nächste Schicht gebildet. Zum anderen gibt es auch die Option direkt am Boden des Behälters zu drucken, wobei die nächste Schicht dann oben liegt.

Teile oder Komponenten, die mit diesem 3D Druck Verfahren gedruckt werden, weisen – im Vergleich etwa zum FDM bzw. FFF Verfahren – weitaus weniger sichtbare Stufen respektive Schichten. Im Gegensatz zu SLA kann Digital Light Processing auch schneller drucken. Das liegt daran, dass in einem einzelnen digitalen Bild eine einzelne Schicht erstellt werden kann. Beim SLA Verfahren scannt der UV-Laser dagegen das jeweilige Objekt mit einem einzigen Punkt.

Ähnlich wie die Stereolithografie wird DLP oftmals verwendet, um nicht-funktionelle Prototypen oder sehr detaillierte Kunstwerke zu erstellen. Außerdem werden via Digital Light Processing spezielle Formen für Feingussanwendungen hergestellt. DLP bietet dabei grundsätzlich eine hohe Genauigkeit und verfügt über eine präzise Lichtsteuerung. Allerdings lassen sich die benötigten Stützkonstruktionen im Vergleich zu anderen 3D Druck Fertigungserfahren nur äußerst aufwendig entfernen.

Der 3D Druck hat sich bereits in vielen Branchen und Anwendungsbereichen als Fertigungsverfahren etabliert. Dabei drängen die verschiedenen 3D Druck Verfahren die herkömmlichen Methoden rund um die zerspanende und subtraktive Bearbeitung immer weiter in den Hintergrund. Wo früher gefräst, gedreht, gehobelt und geschliffen wurde, wird jetzt in vielen Fällen auf die 3D Druck Technologie und damit auf den schichtweisen Aufbau von Objekten und Bauteilen gesetzt. Mit diesem Verfahren wird quasi das lange Zeit unanfechtbare abtragende Prinzip der Fertigung von Produkten bzw. Gütern ins Gegenteil verkehrt. Wie vielfältig die Möglichkeiten in diesem Bereich sind, können Sie an der großen Bandbreite an Einsatzgebieten und Anwendungsszenarien deutlich erkennen. Im Folgenden geben wir Ihnen im Rahmen unseres 3D Druck Service einen Überblick über die Anwendungsbereiche im industriellen Umfeld.

Anwendungsbereich 1: 3D Druck im Automobilbau

Mittels der 3D Technik lassen sich kostengünstig und schnell zum Beispiel Prototypen, einzelne Komponenten und auch komplette Fahrzeugteile fertigen. Lediglich der Motor oder ähnlich wichtige Schlüsselkomponenten werden noch nicht komplett von 3D Druckern hergestellt. Im Grunde genommen hat die 3D Druck Technologie die Automobilindustrie nahezu revolutioniert. Vor allem im Hinblick auf die Prototypenentwicklung können die Automobilhersteller einen großen Nutzen aus dieser Verfahrensart ziehen, denn es können Zeit und Kosten eingespart werden. Wie weit verbreitet der 3D Druck mittlerweile in der Automobilbranche ist, verdeutlichen Ihnen folgende Beispiele:

• BMW stellt mittels 3D-Druck hergestellte, individualisierbare Kühlerabdeckungen für Motorräder her.
• Volco Construction Equipment setzt 3D Drucker zum einen zur Fertigung von Ersatzteilen und zum anderen im Rahmen der Produktentwicklung ein.
• CRP Technology entwickelt mit Hilfe von 3D Druckern Lufteinlässe für Rennsport Motorräder.
• Humanetics fertigt via 3D Drucker qualitativ hochwertige Crash-Test-Dummy-Familie an.
• Viele Teile des Nissan Rogue Millenium Falcon stammen aus dem 3D Drucker.

Anwendungsbereich 2: 3D Druck im Maschinen- und Werkzeugbau sowie Elektronik

In Bereich Maschinenbau wird das 3D Druckverfahren für die Fertigung von Funktions- und Bauteilen sowie Ersatzkomponenten für Maschinen genutzt. Das Verfahren bietet diesbezüglich handfeste Vorteile in Bezug auf die Produktionsdauer, auf die Kosten sowie auch auf die Flexibilität. Möglich sind aber auch der Druck von Elektroteilen und von Schaltkreisen. Letztere befinden sich aktuell noch im prototypischem Stadium, zukünftig sind aber gerade in diesem Bereich starke Qualitätsverbesserungen zu erwarte. Im Werkzeugbau hat der 3D Druck für einen innovativen Boost gesorgt. So stellen 3D Druck Dienstleister jetzt zum Beispiel Spritzgusswerkzeuge mit konturnaher Kühlung via 3D Druck her. Zudem vereinfacht ein Verfahren dieser Art die Ersatz- und Sonderteilherstellung im Werkzeug- und Maschinenbau.

Anwendungsbereich 3: 3D Druck in der Architektur

Der 3D Druck erlaubt im Rahmen der additiven Fertigung die maßstabgerechte Herstellung von Gebäudeelementen oder beispielsweise auch von äußerst detailgetreuen und dabei langlebigen Architekturmodellen. Dies ist quasi ein Meilenstein für die Architektur. Denn in früheren Zeiten mussten die benötigten Modelle immer per Hand angefertigt werden, was gleichbedeutend mit einem hohen Zeitaufwand ist. Die meisten Modelle liegen mittlerweile aber auch immer als Computermodell vor.

Das erlaubt es, die jeweiligen Objekte stets zeitnah in 3D auszudrucken. Zudem können Modelle als besonderer 3D Druck Service unterschiedlich skaliert und viel einfacher reproduziert werden. Hinzu kommt die Detailgenauigkeit, die zu den wesentlichen Vorteilen der 3D Druck Technologie zählt. Inzwischen wird das 3D Druck Verfahren längst nicht mehr ausschließlich für die Herstellung von Architekturmodellen genutzt. Vielmehr kommt das Verfahren auch immer öfters direkt beim Bau von zum Beispiel Brücken oder Häuser zum Einsatz.

Anwendungsbereich 4: 3D Druck in der Lebensmittelindustrie

Im größeren Maßstab kommt der 3D Druck vor allem im Konditoren Handwerk oder beispielsweise auch beim Show Kochen zum Einsatz Ein Renner sind etwa 3D gedruckte Logos, die essbar sind. Auch bei der Gestaltung von Gerichten etwa für die Werbung oder für andere Marketingzwecke wird verstärkt auf die Möglichkeiten rund um den 3D Druck zurückgegriffen. Möglich ist heute zum Beispiel der 3D Druck von Süßwaren wie Torten bzw. Kuchen, Gummitiere, Schokolade, Waffeln, Kekse und weitere Zuckerkonstruktionen. Auch Nudeln und Burgerpatties können bereits per 3D Drucker hergestellt werden.

Damit ist das Potential des 3D Druck Fertigungsverfahren im Bereich der Lebensmittelindustrie aber längst noch nicht erschöpft. Denn auch im Hinblick auf Nahrung bzw. auf Lebensmittel stehen die Zeichen in Deutschland mittlerweile auf eine drastische Individualisierung. Hierbei spielt nicht zuletzt auch die immer mehr alternde Bevölkerung eine große Rolle. So werden immer mehr medizinisch notwendige Ernährungspläne und Diäten mit einer kontrollierten Nährstoffzufuhr benötigt. Experten prognostizieren, dass der 3D Druck hier zukünftig eine gewichtige Rolle übernehmen wird.

Anwendungsbereich 5: 3D Druck in der Medizin- und Zahntechnik

In der Medizin- und Zahntechnik sind die Einsatzmöglichkeiten der 3D Druck Technologie ungemein vielfältig. Hergestellt werden vor allem Prothesen und Orthesen, Zahnimplantate, Kieferimplantate, Kreuzbänder, Teile vom Beckenknochen, künstliche Kniegelenke oder etwa Modelle zur Operationsvorbereitung bei chirurgischen Eingriffen. Auch das Drucken von menschlichen Organen sowie sogar von Stammzellen werden zukünftig immer weiter in den Fokus rücken. Grundsätzlich bietet der 3D-Druck eine ungemein hohe Design Freiheit, so dass Medizin- und Zahntechnikprodukte sowie entsprechende Hilfsmittel direkt personalisiert und individuell und personalisiert gefertigt werden können. Dies lässt sich schon seit längerer Zeit an der Fertigungsstrategie bei prothetischen Produkten – wie zum Beispiel das künstliche Kniegelenk – beobachten. Zunehmend genutzt wird dieser 3D Druck Service aber auch für die Fertigung von komplexen und komplizierten Oberflächenstrukturen. Durch diese Optimierung der Oberflächenstrukturen kann beispielsweise ein künstliches Kniegelenk weitaus effektiver bzw. besser einwachsen und heilen.

Wenn die Anwendungsmöglichkeiten einmal perspektivisch betrachtet werden, ergeben sich noch viele weitere Anwendungsszenarien, die zukünftig realisierbar sind. Ein gutes Beispiel hierfür sind 3D gedruckte Organen oder Organteile. So ist es zum Beispiel denkbar, dass die Leber, die Herzklappen oder sogar das ganze Herz aus DNA-Stammzellen nachgebildet werden. Im Rahmen der plastisch-rekonstruktiven Chirurgie wird zudem daran gearbeitet, ganze Körperteile mit dem 3D Drucker nachzustellen. So können dann Teile wie etwa eine Ohrmuschel wiederhergestellt werden. Auch im Hinblick auf komplexe chirurgische Eingriffe offenbart das 3D Druck Verfahren enormes Potential. Angedacht ist zum Beispiel die Fertigung von anatomischen Modellen des jeweiligen Operationsgebietes. Dies erlaubt es dem Operationsteam, sich realitätsnah auf eine anstehende Operation vorzubereiten. Durch eine solche Möglichkeit kann das gesamte OP-Risiko reduziert werden. Eine Studie des Marktforschungs- und Analyseunternehmens Gartner bestätigt die Tendenz in diese Richtung. Demnach werden bis zum Jahr 2021 rund 25 Prozent aller Chirurgen vor der tatsächlichen OP erst an 3D gedruckten Anatomie-Modellen ihre Vorgehensweise festlegen respektive üben.

Anwendungsbereich 6: 3D Druck im Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrt verwenden Unternehmen das 3D Druck Verfahren für die Serienfertigung von komplexen Teilen. Zudem werden gerade in diesem Bereich verstärkt Prototypen benötigt, um Materialverbesserungen zu testen bzw. zu entwickeln. Im Fokus steht dabei vor allem die gezielte Gewichtsreduktion. Denn rund ein Drittel der Flugzeug Betriebskosten ist eng mit dem jeweiligen Kerosinverbrauch verbunden. Daher genießt in den Unternehmen der Luft- und Raumfahrt der Leichtbau Priorität.

Da der Leichtbau bzw. die Gewichtsreduktion von Objekten durch die additive Fertigung möglich gemacht wird, stellt der 3D Druck einen entscheidenden Faktor in dieser Branche dar. Flugzeuge sollen leicht und gleichzeitig stabil sein. Dank der Möglichkeiten beim 3D Druckverfahrens wird das Gewicht der Flugzeugkomponenten und der jeweiligen Bauteile reduziert. Dadurch sparen Flugzeugbetreiber zum einen Treibstoff ein und steigern zum anderen die Zuladungskapazität.

Anwendungsbereich 7: 3D Druck in der Verpackungsindustrie

Das 3D Druck Verfahren wird in der Verpackungsindustrie für die Fertigung von speziellen Marketingmodellen genutzt. Zusätzlich kommt das additive Fertigungsverfahren häufig bei On-Demand-Verpackungen für den Medizin- oder auch Kosmetikbedarf zum Einsatz. Weit verbreitet ist auch die Verwendung als Verpackungsdummy zwecks Konfektionierung. Die Serienanfertigung steht in der Verpackungsindustrie dabei in der Regel im Vordergrund.

Anwendungsbereich 8: 3D Druck in der Konsumgüterindustrie

Häufig produzieren Unternehmen der Konsumgüterindustrie ihre Produkte – unter gewaltigem Kostendruck – in sehr großen Stückzahlen. Die jeweiligen Kollektionen werden dabei in relativ kurzen Abständen immer wieder ausgewechselt. Zum Einsatz kommt zum Beispiel gerade bei Sportartikeln oftmals immer noch das Spritzgussverfahren. Dieses Verfahren ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung vieler Millionen Artikel in vergleichsweise kurzer Zeit. Ein solches werkzeuggebundenes Fertigungsverfahren offenbart aber auch eine wesentliche Schwachstelle.

Denn individualisierte Produkte in der Losgröße 1 sind nicht wirklich umsetzbar. Große Sportartikelhersteller arbeiten diesbezüglich bereits daran, mit Hilfe der 3D Druck Technologie respektive der additiven Fertigung individualisierte Endprodukte zu fertigen. Bei Lauf- bzw. Sprintschuhen können die Designer dann Spikes optimal für den jeweiligen Träger platzieren. Oder aber es erfolgt eine Art ergonomische Individualisierung, bei der die Schuhsohle sich gezielt am Fußabdruck des jeweiligen Trägers orientiert. 

Zudem ermöglicht der 3D Druck auch signifikante Material- und Gewichtseinsparungen. Mittlerweile hat hier ein regelrechter Wandel hinsichtlich der Fertigungsstrategie stattgefunden. Immer öfters werden Schuhe, Kleider, Accessoires wie Ringe, Ketten und Ohrringe sowie Spielzeug, Haushaltsgegenstände und zum Beispiel auch Fahrradrahmen mit Hilfe der 3D Druck Technologie produziert.

Für den 3D Druck können mittlerweile eine Vielzahl an Materialien bzw. an Filamenten – in unterschiedlichen Stärken – eingesetzt werden. Aber das Ende der Fahnenstange respektive der Möglichkeiten ist noch längst nicht erreicht. Immer wieder kommen neue Materialien für die unterschiedlichen 3D Druckverfahren hinzu. An dieser Stelle möchten wir Ihnen einmal die gängigsten Materialien vorstellen.

3D Druck Metall

3D Druck mit Metall ist vor allem für die Medizin, für die Luft- & Raumfahrt sowie für die Automobilindustrie relevant geworden. Denn mit einem Metall 3D Druck können 3D Druck Dienstleister komplexe Modelle bzw. Objekte erstellen, ohne dass zusätzliche Schweißarbeiten respektive ein generelles Nachbearbeiten nötig ist. Da Metall aber auch als Pulver verwendet werden kann, erhöht dies die Möglichkeiten hinsichtlich der Einsatzgebiete sowie der nutzbaren Technologien. Insbesondere Aluminium, Titan, Gold und Silber werden von einem 3D Druck Dienstleister vornehmlich verwendet.

3D Druck Aluminium

Aluminium ist sowohl leicht als auch äußerst vielseitig, zudem hitzeresistent und korrosionsbeständig. Daher ist es auch ein oft genutztes 3D Drucker Material. Verarbeitet wird es in der Regel als Legierung. Bauteile aus Aluminium sind äußerst widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen und mechanischer Beanspruchung. Zudem können selbst komplexe Bauteile aus Aluminium sehr dünne Wände aufweisen. Ausgedruckte Aluminium Objekte werden meistens als Funktionsmodelle genutzt, sind aber auch als Bauteile und Komponenten in der Fahrzeugindustrie und der Luft- und Raumfahrtindustrie gefragt. Als entsprechende Technologien spielen gerade das Binder Jetting sowie Direct Metal Deposition eine große Rolle.

3D Druck Silikon

Silikon kann erst seit Mitte 2015 in der 3D Drucktechnologie eingesetzt werden. Bei dem entsprechenden Druckverfahren entstehen homogene Körper, die über eine nahezu glatte Oberfläche verfügen. Dabei werden aus einer Düse schichtweise einzelne Tröpfchen – immer gemäß der in den vorliegenden CAD Daten festgelegten Geometrie bzw. Struktur – herausgepresst und das Modell aufgebaut. Anschließend wird das Modell aus Silikon noch in ultraviolettem Licht vulkanisiert.

3D Druck Keramik

Keramik hat die Möglichkeiten des 3D-Drucks noch einmal maßgeblich erweitert. Es gibt mittlerweile sogar spezifische Extruder Systeme, mit denen der Keramik 3D Druck mittlerweile auch zuhause möglich ist. Wichtig beim 3D Druck mit Keramik ist die Nachbearbeitung. Denn wenn ein Objekt aus Keramik ausgedruckt wurde, muss es in den Ofen geschoben und entsprechend gebrannt werden. Dabei verdampft das Wasser und die einzelnen Partikel verschmelzen ineinander.

Dies verbessert sowohl die Stabilität als auch die Form des jeweiligen Modells. Um eine glänzende Oberfläche zu erhalten, muss der involvierte 3D Druck Dienstleister das Objekt mit einer Glasur überziehen und erneut brennen. 3D Druck Objekte aus Keramik zeichnen sich zudem auch durch Hitzeresistenz aus. Eingesetzt wird Keramik als Ausgangsmaterial in den Technologien Binder Jetting, FDM und SLA. Die Zahntechnik, das Kunstgewerbe und die Geschirrherstellung stellen die wesentlichsten Einsatzgebiete dar.

3D Druck Glas

Dank prägnanter Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, Transparenz und Säureresistenz bieten sich mit der Verwendung von Glas als Material einem ambitionierten 3D Druck Dienstleister ganz neue Möglichkeiten im 3D Druckbereich. Hiervon profitieren in erster Linie Forschung und Fertigung, zum Beispiel die Optikbranche, die Datenübertragung sowie auch die Biotechnologie. 3D Drucken mit Glas kann dabei durch als zukunftsorientierte Technologie verstanden werden. Denn 3D-geformtes Glas lässt sich zum Beispiel in der Datentechnik gut einsetzen. Der Blick geht dabei nach vorne: So prognostizieren Experten, dass bereits die übernächste Computer Generation mit Licht rechnet. Dafür sind aber komplizierte Prozessorstrukturen gefragt. Die 3D Druck Technik könnte hier etwa beispielsweise kleine und komplexe Strukturen aus einer großen Zahl unterschiedlich ausgerichteter und kleinster optischer Komponenten herstellen.

3D Druck Kunststoffe

Es ist mittlerweile ja auch möglich, Metalle für den 3D Druck zu verwenden, aber die meisten Drucker arbeiten vorwiegend mit thermoplastischen Kunststoffen. Thermoplast – also ein polymerer Werkstoff – zeichnet sich dabei dadurch aus, dass er sich bei Einwirkung von Hitze verflüssigt und seine Form ändert. Gerade die Werkstoffe ABS, Polyamid und PLA werden gerne als Ausgangsmaterialien beim 3D Druck genommen. ABS bietet dabei den Vorteil, dass das ausgedruckte Objekt strapazierfähig und besonders fest ist. ABS wird dabei hauptsächlich beim FDM Verfahren, also der Schmelzschichtung, verwendet. In flüssiger Form kann es aber auch beim 3D-Druck durch Poly Jet oder SLA genutzt werden. Bauteile aus Polyamid werden demgegenüber meistens auf Basis eines puderförmigen, feinen und weißen Granulats im Rahmen des selektiven Lasersinterns (SLS) hergestellt. Neben diesen Varianten werden häufig auch Nylon, Alumide und Harze für den 3D Druck verwendet. ist die Verwendung von zahlreichen Kunststoffen

Es zählt zu unseren 3D Druck Service, dass wir mehrere Datenformate bearbeiten. Grundsätzlich sind die jeweiligen Dateiformate davon abhängig, welche Designsoftware genutzt wird, welcher 3D-Scanner zur Verfügung steht und welcher 3D Drucker eingesetzt wird. Wir haben die gängigsten Dateiformate für Sie aufgelistet.

3D Druck STL Dateien

Standard Tesselation Language (kurz: STL) ist das bekannteste und am häufigsten genutzte Datenformat und fungiert quasi als Standard-Sprache. Nahezu sämtliche Cax-Systeme respektive 3D Drucker arbeiten mit diesem Dateiformat. Die jeweiligen Objektdaten werden auf der Grundlage von Dreiecken in Form eines Gitternetzes hinterlegt.

3D Druck IGES Dateien

Das Dateiformat IGES (hier: Initial Graphics Exchange Specification) ist in den 1970er Jahren gemeinsam von der US Air Force und Boeing entwickelt worden. Das Format stellt allerdings keine Texturen da, dafür aber Farben. Ist gerade im Hobby Anwenderbereich beliebt.

3D Druck STP Dateien

Beim Dateiformat STP handelt es sich um die Dateinamenserweiterung eines Standards zur Produktdaten-Übertragung. Es hat die gleichen Funktionen wie IGES, speichert aber zusätzlich auch Texturen, Toleranzen, Materialeigenschaften, Topologien sowie Materialarten. Wird bevorzugt im professionellen Bereich genutzt.

3D Druck VRML (WRL) Dateien

Wenn Sie mit farbigen 3D-Modellen arbeiten möchten, die anschließend dann auch dreidimensional gedruckt werden sollen, führt aktuell kaum ein Weg an der Virtual Reality Modeling Language (VRML) vorbei. Es handelt sich dabei um eine Beschreibungssprache für 3D-Szenen. Das Format arbeitet mit einem Gitternetz zwecks Darstellung der Daten.

3D Druck OBJ Dateien

Mit dem offenen Dateiformat OBJ können 3D Geometrien dargestellt werden. Es kann Oberflächen, Kurven sowie Polygone verwenden; zudem werden die jeweiligen Vertex-Positionen gespeichert. Die UV-Position und die Texturen werden in einer gesonderten Datei gespeichert. Die Mehrzahl der 3D-Drucker können OBJ Datei Objekte problemlos drucken. Neben WRL bzw. VRML ist OBJ ist das Standard-Format hinsichtlich des Farb-3D-Drucks.

Ein 3D Drucker ist aber nicht nur im industriellen Umfeld ein wesentlicher Faktor. Vielmehr können Sie mit einem 3D Drucker auch allerlei nützliche Sachen anfertigen. Die Bandbreite reicht hier vom Besteck über Werkzeug oder Kabelbinder bis hin zum Staubsaugeraufsatz und Duschköpfen. Sie benötigen lediglich etwas Filament und schon kann es mit dem 3D Drucken losgehen. Wir haben Ihnen vier Beispiele aufgelistet.

3D Druck Schlüsselanhänger

Mit einem 3D Drucker können Sie zum Beispiel Schlüsselanhänger fertigen, wobei nahezu jedes erdenkliche Motiv gewählt werden kann. 3D Druck-Experten können den Schlüsselanhänger dabei durchaus auch mehrfarbig ausdrucken. Mit einem 3D Drucker mit mehreren Extrudern stellt dies kein Problem dar. Wer nur mit einem Extruder arbeitet, kann aber trotzdem zumindest Details mit verschiedenen Farben drucken. Nach dem Druck können Sie dann noch den Schlüsselanhänger mit Schleifpapier oder einer feinen Feile bearbeiten. Auf diese Weise werden eventuell entstandene Grate an den Kanten gebrochen.

3D Druck Schlüssel

Einen Schlüssel via 3D Druck herzustellen, ist eigentlich schon keine Neuheit mehr. Der klassische Schlüsseldienst hat die Konkurrenz bereits kennengelernt. Denn mit einem 3D Drucker können Sie schnell und preiswert ein Duplikat Ihres Schlüssels herstellen. Es gibt auch spezialisierte 3D Druck Dienstleister, die Ihnen mit einem 3D Drucker Schlüssel aus hartem Kunststoff anfertigen.

Handyhalter 3D Druck

Wenn Sie einen neuen Handyhalter benötigen, müssen Sie nicht gleich in den nächsten Telefon-Store gehen. Stattdessen können Sie einen Handyhalter ganz nach Ihren individuellen Vorstellungen mit einem 3D Drucker anfertigen. Ob Farbe, Form oder Motiv – nahezu nichts ist diesbezüglich unmöglich. Und eins ist dabei sicher: Sie haben keine Handyhülle von der Stange, sondern ein echt personalisiertes Modell.

Bilder 3D Druck

Es ist auch möglich 2D Bilder dreidimensional auszudrucken. Dafür muss der jeweilige 3D Druck Dienstleister erst einmal die entsprechende Bilddatei in die Vektorgrafik SVG umwandeln. Anschließend laden Sie diese Vektorgrafik in das genutzte CAD-Programm und bearbeiten es dort. Ist das CAD Modell schließlich erstellt und als STL-Datei korrekt abgespeichert, wird es mit einem Slice-Engine (z.B. Cura) quasi in Scheiben zerlegt. Jetzt müssen Sie nur noch den G-Code (Maschinencode) für den 3D Drucker generieren lassen. Diesen Code übertragen Sie auf den 3D Drucker und kurze Zeit später erhalten Sie Ihr Bild in 3D Qualität.

Zusammenfassend ist deutlich geworden, dass der 3D Druck zahlreiche Stärken und Vorteile aufweist, die dieses immer mehr in den Fokus rückende Fertigungsverfahren zur optimalen Lösung für unterschiedlichste Verwendungszwecke macht. Wir haben für Sie die wesentlichen Vorteile noch einmal in kompakter Form aufgelistet:

• Produkte können weitaus besser individualisiert werden; sowohl die Fertigung von Teilen mit Losgröße 1 als auch die Produktion im Rahmen der Serienfertigung ist jederzeit kostengünstig und vergleichsweise schnell möglich.
• In einem einzigen Druckgang lassen sich mehrere gleiche Objekte herstellen.
• Je nach Intention und Aufgabe stehen für den 3D Druck unterschiedliche Verfahren und verschiedenste Werkstoffe zur Verfügung.
• Das 3D Druck Verfahren erlaubt eine höhere Designfreiheit und die Fertigung von hochkomplexen Teilen bzw. Geometrien.
• Hohe Präzision beim Anfertigen der Produkte bzw. Objekte.
• Es können hochwertige Teile komplett ohne Werkzeuge und Formen hergestellt werden. Daher sind niedrigere Fixkosten garantiert.
• Im Gegensatz zu den subtraktiven Verfahren wird weniger Material verbraucht. Positiver Effekt im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit respektive -freundlichkeit.
• Der Bau von Modellen bzw. Prototypen kann einfach und schnell realisiert werden. Dies beschleunigt die Time to Market mitunter deutlich.
• Hohe Flexibilität gewährleistet. Die 3D Druck Technologie bietet einfache und schnelle Anpassungsmöglichkeiten. Das senkt die Reaktionszeit bei kurzfristigen Veränderungen. Hinzu kommt, dass wir als 3D Druck Dienstleister dank dieser Anpassungsfähigkeit jederzeit schnell und maßgeschneidert auf individuelle Kundenwünsche ohne einen fertigungsbedingten Aufpreis eingehen können