3D Druck

Was ist 3D-Druck?

3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, ist ein Verfahren, welches ein 3D-Objekt Schicht für Schicht aufbaut. Es ist ein generatives Verfahren, um ein festes Objekt zu erstellen. Durch die schnelle und einfache Umsetztung komplizierter Konzepte, prägte der 3D-Druck die Produktentwicklung in den letzten Jahren maßgeblich. Designer verwenden 3D-Drucker, um schnell Produktmodelle und Prototypen zu erstellen. Inzwischen werden sie auch immer mehr zur Herstellung von Kleinserien und Endprodukten genutzt.

Die Vorteile des 3D-Drucks

3D-Druck erleichtert die Kommunikation. Der Versuch, ein Produkt zu beschreiben, kann zu Missverständnissen führen, denn die Realisierung bleibt so der Fantasie des Einzelnen überlassen. Eine bildliche Darstellung des Produktentwurfs ist eine Schilderung und es kann zu Interpretationsfehlern kommen. Ein greifbares Produktmodell ist ein geeignetes Kommunikationsmittel, um Missverständnisse aus dem Weg zu räumen.

Realistische Designs helfen Zielgruppen, Vorstellungen nachzuvollziehen und nützliches Feedback zum aktuellen Design und unseren Änderungsvorschlägen zu geben. Mit einem Prototyp lässt sich der Marktwert testen, indem auf Fachmessen potenziellen Käufern oder Investoren ein Produkt vorgeführt wird. Wenn Komponenten ineinandergreifen müssen, fertigen wir dazu ein Bauteil und testen dieses.

Fehler durch 3D-Druck erkennen und Kosten sparen

Ein Design mit 3D-Druck zu realisieren und dann festzustellen, dass es nicht wie gewünscht funktioniert, spart Kosten. Vor der endgültigen Fertigstellung des Designs potenzielle Probleme erkennen zu können, erspart unseren Kunden die Investition in Formen. Ein 3D-gedruckter, serienreifer Prototyp verschafft Sicherheit und minimiert das Risiko unnötiger Ausgaben.

3D-Druck für eine schnelle Umsetzung am Markt

Die schnelle Prototypenherstellung beschleunigt Produkteinführungen. Dies ist wichtig bei neuen Produkten, die nicht urheberrechtlich geschützt sind. Hier kommt es darauf an, ein Produkt schnell auf den Markt zu bringen und Mitbewerbern zuvorzukommen, die das Design nachahmen wollen.

STL Datenformat

STL (Standard Triangulation Language) ist vor allem als Austauschformat bekannt, viele CAD-Lösungen arbeiten damit. Daher eignet es sich für die programm- und plattformübergreifende Weitergabe von 3D-Modellen.

STL ist eine visuelle Darstellung der Oberfläche eines Modells mit Drahtgitterstruktur in Form von Dreiecken. Es ist ein Datenformat, welches als Standard für den 3D-Druck Verwendung findet und zum speichern von 3D-Modellen benutzt wird.

Für den 3D-Druck ist es wichtig, dass Modelle gut aufgebaut sind. Dies stellen wir sicher, indem wir die Daten unserer Kunden prüfen. Ein weiteres Format wäre OBJ.

Fehlerfreie Daten, die Basis für einen guten 3D-Druck

  • Modelle sollten keine Löcher aufweisen.
  • Einzelne Flächen oder Volumenkörper miteinander verbinden, so, dass ein geschlossenes Objekt entsteht.
  • Keine doppelten Flächen anlegen
  • Die normale Ausrichtung sollte nach außen zeigen.
  • Bei der Konstruktion ist wichtig, dass von Beginn an der richtige Maßstab verwendet wird. Nur so kann sichergestellt werden, dass Stellen nicht zu dünn angelegt sind. Viele 3D-Drucker können Wandstärken unter 0,4 mm nicht darstellen, also auch nicht produziert werden.

Anwendungsbereiche für den 3D-Druck

Anwendung findet das 3D-Drucken in vielen Bereichen unseres Lebens.

Wir geben dazu eine kleine Auflistung.

Medizin

Die additive Fertigung findet Einsatz im Gesundheitswesen für die Herstellung chirurgischer Instrumente und Werkzeuge. 3D-gedruckte Modelle helfen bei der Operationsvorbereitung und in der Kieferorthopädie.

Im Bereich der personalisierten Medizin eröffnet der 3D-Druck neue Möglichkeiten, angepasste Hörgeräte sind durch einen 3D Scan umsetzbar.

Der medizinische Bereich profitiert von Materialienentwicklungen, dadurch lassen sich neue Anwendungsbereiche eröffnen.

Vor einigen Jahren war es noch Standard, die chirurgische Praxis auf Papier zu erlernen, es gab nur wenig Möglichkeiten, an echtem körperlichem Gewebe zu arbeiten.
Es hat sich jedoch viel getan und mit dem 3D-Druck und der Materialvielfalt ist es nun realisierbar, menschliches Gewebe zu imitieren. Etwas Transparenz, etwas Farbe und mit elastischen Materialien wirken diese Gewebe Imitate fast echt.

Ein Überblick über ein Organ zu erhalten und aus erster Hand zu sehen, wie bei der Planung eines chirurgischen Eingriffs vorzugehen ist, ist ein großer Fortschritt in der Gesundheitslehre und verbessert die Ausbildung von Ärzten.

Betroffene Körperteile kann man mit einem 3D-Scanner äußerlich oder auch innerlich erfassen. Mittels Computertomograf, werden DICOM-Dateien in 3D-Modelle umgewandelt, um diese anschließend zu drucken. Das ist vor einer Operation eine große Hilfe . Komplexere Operationen lassen sich am 3D- gedruckten Gewebe besser vorbereiten, die OP-Zeiten sind deutlich kürzer umsetzbar, was unnötige Ausgaben vermeidet.

Viele Zahnarztpraxen und Dentallabore modellieren aufwendige Gipsmodelle, um ein physisches Modell eines Patientengebisses aus dem Abdruck zu erstellen. Dentallabore nutzen vermehrt 3D-Intraoralscans, um die Brücke zum 3D-Druck zu schließen und einen effizienteren Workflow zu ermöglichen.

Durch die Vielfalt der AnwendungsfelderIn, macht sich die Genauigkeit der 3D-Drucker schnell bezahlt . Kieferorthopädische Teile, diagnostische Modelle, Kronen- und Brückenmodelle, sowie individuelle Abdrucklöffel und Vollprothesen lassen sich präzise und zuverlässig herstellen.

Architekturmodellbau

Architekturmodellbau ist eine Form des herkömmlichen Modellbaus. Mittlerweile vermehrt sich der 3D-Druck bei der Umsetzung architektonischer Modelle.

Doch der Weg von den Entwürfen zu den physischen Modellen war bislang schwieriger. Es erfordert viel harte Arbeit, ein handgefertigtes, detailliertes und maßstabsgetreues Modell zu erstellen. Die Aufgabe wird noch schwieriger, wenn es sich um komplexe Geometrien handelt.

Der 3D-Druck vereinfacht diesen Prozess. Er kann auf der Grundlage eines CAD-Modells hoch detaillierte physische Modelle aus einer Reihe von Materialien und Farben herstellen. Es handelt sich um ein effizientes Verfahren, das es Architekten ermöglicht, Modelle schneller und genauer zu erstellen.

Der 3D-Druck ermöglicht die Darstellung komplizierter Geometrien, die mit den traditionellen Verfahren schwer oder gar nicht umsetzbar sind. Bei entsprechender Konstruktion des Modells ist es möglich, einzelne Etagen auseinanderzunehmen, um spezielle Bauwerksteile noch detaillierter zu präsentieren.

Architekten und Bauherren können dem Käufer so ein besseres Bild geben, wie das endgültige Gebäude aussehen wird. Änderungswünsche sind einfach erklärt und im 3D-gedruckten Modell gut zu sehen. Das spart Zeit und Geld.

Archtitektur im Baugewerbe

Beton 3D-Druck FDM-Technologie Detailansicht
Credit: XtreeE

Mittlerweile entstehen weltweit Häuser aus dem 3D-Drucker, auch in Deutschland. Diese Technik verspricht, effizienter, billiger und umweltschonender zu sein, zudem lassen sich so Formen erstellen, die sonst teuer in der Umsetzung sind.

Tests zeigen, dass Druckbeton fester ist, ein großer Vorteil für den Häuserbau und ein starkes Argument um den baurechtlichen Genehmigungsprozesse in naher Zukunft abschließen zu können. So bieten sich auch bei uns in Deutschland neue Möglichkeiten bei der Erstellung kreativer Bauten. Es kann flexibel, effizient, günstig und ressourcenschonend gebaut werden. Angesichts der Klimaprobleme und des weltweiten Bedarfs an preiswertem Wohnraum eine Notwendigkeit, die Zulassung zu vereinfachen.

Es lassen sich individuelle Schalungen bauen die eine organische Form besitzen oder Bauelemente in den Architekturbau implementieren. Für die von Gaudi unvollendete Sagrada de Familia ist dies der Weg zur geplanten Fertigstellung.

Im Jahr 2015 entdeckte der Chefarchitekt der Basilika, Jordi Faulí, die 3D-Drucktechnologie für die Fertigstellung. Er sagte: „Wenn Gaudi heute am Leben wäre, hätte er die 3D-Technologie zu ihrem maximalen Exponenten gebracht, da er einen Großteil seiner Arbeit dreidimensional konzipiert hatte.“

Moderne Ökohütten aus dem Drucker – vom italienischen Architekten Mario Cucinella 

Schnittansicht Ökohütte mit integrieter Raum-Luftzirkulation– vom italienischen Architekten Mario Cucinella
Moderne Ökohütte aus dem Drucker – vom italienischen Architekten Mario Cucinella

Weitere Anwendungsbereiche für den 3D-Druck

Topologieoptimierung eines Bauteiles / © Airbus

Luft und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrttechnik ist die Gewichtsersparnis der wichtigste Faktor. Durch Topologieoptimierung vorhandener Designs ist eine Einsparung des Gewichtes um bis zu 70% möglich, denn die Spezialität des 3D-Drucks sind Komplexe Formen, die dadurch auch an Stabilität gewinnen. Gerade in der Luft- und Raumfahrt kommen kleinere Stückzahlen zum Einsatz, ein weiteres Benefit ist die Kosteneinsparung in der Produktion der Bauteile und später beim Verbrauch des Treibstoffes. Auch die Umwelt profitiert durch den Einsatz von 3D-Druck, denn so ist es möglich, den C02-Ausstoß zu mindern.

Links das Original, rechts die experimentelle
3D-Rekonstruktion des „Amykos“ von beta2shape.

Archäologie

Der 3D-Druck dient in der Archäologie vor allem der Erhaltung von Kulturschätzen. Immer öfter greift man auf die Methode der Restauration am 3D-Drucker zurück und ergänzt so fehlende Einzelteile. Statuen lassen sich so rekonstruieren, wie sie in der damaligen Zeit ausgesehen haben könnten und bevor die Verwitterung ihr Aussehen veränderte. Es ist auch möglich, eine vollständige Kopie des Objektes zu fertigen.

3D gedruckte Skulpturen von Moto Waganaris
3D gedruckte Skulpturen von Moto Waganaris

Kunstobjekte

3D-Druck nimmt in der kreativen Branche an Bedeutung zu. Begünstigt durch die digitale Transformation können Künstler sich durch den 3D-Druck ganz neue Wege erschließen, um neue Kunstformen und Kunstwerke zu schaffen. Verschiedenste Technologien geben dem Künstler die Freiheit, mit noch komplexere Strukturen zu arbeiten. Oftmals können sie ihre Ideen nicht selbst digital umsetzen aber Zeichnungen, Skizzen und 3D-Scanner-Abbilder helfen, die Visionin in 3D umzuwandeln. Die Kombination aus Handwerk und digitaler Gestaltung versetzt die Betrachter regelmäßig in Erstaunen.

Prototyping

Prototypen werden im Entwicklungsverlauf oftmals verändert und angepasst. In der Prototypingphase eignen sich die umgesetzten 3D-Druck-Prototypen für Verbesserungen und auch zur Fehleranalyse am Design.

3D-Druck Technologien die bei Beta2Shape zum Einsatz kommen

SLA – Stereolithografie

Stereolithografie (SLA) ist ein additives Fertigungsverfahren, es gibt drei wichtige 3D-Drucktechnologien, die mit der Polymerisation verbunden sind: SLA, DLP und LCD. Alle drei Technologien verwenden eine Lichtquelle zur Aushärtung eines Photopolymer-Material, jedoch mit kleinen Unterschieden. Die Stereolithografie (SLA) verwendet einen UV-Laser und belichtet die Informationen in ein Polymerharz, dadurch härten die Schichten und Formen das Modell. Bei der digitalen Lichtverarbeitung (DLP) wird ein digitaler Projektor als UV-Lichtquelle verwendet, um eine Harzschicht auszuhärten. Bei der Flüssigkristallanzeige (LCD) wird ein LCD-Anzeigemodul verwendet, um ein Bild der Schicht zu maskieren und nur diese aushärtet.

Vor – und Nachteile des SLA-Druckverfahrens

SLS – Selektives Lasersintern

Ein auf Kunststoff basierendes Pulver, wird in einem beheizten Bauraum mit einem Laser belichtet. Die so generierten Informationen sorgen dafür, dass die Schichten verschmelzen und Formen so das Modell.

Stützstrukturen sind nicht notwendig, da das Pulver zugleich als Stütze dient dadurch sind komplexere Strukturen umsetzbar. Die Komplexität der Bauteile ermöglicht leichtere und zugleich in sich festere Strukturen, die anders nicht in einem Stück oder nur mit erheblich mehr Aufwand herstellbar sind.

Beim Lasersintern mit Metall benötigt man ebenfalls Stützstrukturen. Hier dient das Stützmaterial eher als Hilfe gegen den Verzug und zur Bildung einer Basis.

Vor – und Nachteile des SLS-Druckverfahrens

FDM – Fused Deposition Modeling

Fused Deposition Modeling oder FDM-3D-Druck ist eine Methode der additiven Fertigung, bei der Materialschichten miteinander verschmelzen. Das Material wird in der Regel knapp über seiner Glasübergangstemperatur geschmolzen und über die vorhergehenden Schichten extrudiert und bilden schließlich das fertige Teil.

In der Regel wird eine Spule mit Filament in den 3D-Drucker eingelegt und durch eine Düse im Druckkopf geführt und auf eine gewünschte Temperatur erhitzt. Ein Motor führt das Material durch die Düse, dabei schmilzt es.

Der Drucker bewegt dann den Druckkopf entlang bestimmter Koordinaten und legt das geschmolzene Material auf die Bauplatte, wo es abkühlt und sich verfestigt. Sobald eine Schicht fertig ist, fährt der Drucker mit dem Auftragen einer weiteren Schicht fort. Dieser Prozess des Druckens von Querschnitten wiederholt sich und so Schicht für Schicht aufgebaut, bis das Objekt vollständig geformt ist.

Modelle für das FDM Verfahren bauen sich idealerweise so, dass keine Stützstrukturen notwendig sind.

Je nach Geometrie des Objekts ist es manchmal notwendig, Stützstrukturen hinzuzufügen. Beispielweise, wenn ein Modell steile Überhänge oder frei hängende Segmente hat.

Die Überhänge haben idealer Weise keinen flachen Winkel, je flacher dieser ist, desto mehr Stützmaterial wird benötigt. Kleinere Vorsprünge sind kein Problem, 2/3 des Düsen-Durchmessers sollten von der darunterliegenden Schicht getragen werden. Verschiedene Durchmesser und Schichtstärken bieten mehr Einstellmöglichkeiten um Überhänge zu optimieren.

Vor – und Nachteile des FDM-Druckverfahrens

FAQ zum 3D-Druck-Service

Welche Information benötigen wir für einen 3D-Druck Kundenauftrag?

Wir benötigen 3D Daten oder eine ausführliche Beschreibung mit Skizzen, um eine Kundenafrage für den 3D-Druck zu beantworten.

Welche Objektgröße können wir 3D-Drucken?

Wir können kleine und große Modelle erstellen.

Welche Dateiformate können wir verarbeiten?

STL, STEP und OBJ können wir Problemlos verarbeiten.

Welche Wandstärken sind realisierbar?

Wir können Wandstärken ab 0,6 mm realisieren, bei Bedarf dünnwandiger Bauteile ist eine Prüfung des Bauteils sinnvoll.

Können wir nach Vorgaben ein Modell für mich konstruieren?

Ja, wir bieten ein Konstruktionsservice an.

Ist ein Termin erforderlich?

Für den 3D-DruckService und die Beratung ist einen Termin erforderlich.

Kontrollieren wir die Qualität der hergestellten Bauteile?

Ja, wir haben interne Verfahren zur Qualitätssicherung. Berichte zur Qualitätskontrolle bitte bei der Anfrage angeben.

Was kostet mich der 3D-Druck Service?

Unser Mindestbestellwert liegt bei 35,00 € Netto, bitte sende uns eine 3DDruckProjektdatei, eine ausführliche Beschreibung und Skizzen, wir erstellen dann ein Angebot.

Welche Materialien kann ein 3D-Drucker drucken?

Ein 3D-Drucker kann verschiedensten Materialien verarbeiten. Materialien wie Kunststoff, Harz, Stahl, Aluminium oder Keramiken sind besonders gängig, hierfür kommen verschiedene 3D-Druck-Technologien zum Einsatz.

Ist alles herstellbar mit einem 3D-Drucker?

Nein, im 3D-Druck lässt sich nicht alles produzieren. Es kommen jedoch täglich neue Technologien und Materialien zum Einsatz, wodurch sich die Möglichkeiten der Anwendungsbereiche ständig erweitern.

Sind die 3D-Drucke nachgearbeitet?

Beim FDM-Druck entgraten wir die Bauteile, dies ist im Preis inklusive.
Beim SLA-Druck entfernen wir das Stützmaterial und schleifen die Kontaktpunkte. Generell versuchen wir die Stützen so zu generieren, dass eine Nacharbeit kaum notwendig ist. Bei weißen Bauteilen sieht man die Nacharbeit nicht, bei allen anderen Farben sieht man es deutlich. Eine weitere Behandlung ist möglich, jedoch muss dies extra beauftragt werden.

Welche Farben und Materialien sind möglich beim FDM?

Wir haben so ziemlich alles an Farben da, auch eine Vielfalt an Materialien ist möglich. Hier bieten wir PLA, Tough PLA, ASA, ABS, PA, PA mit Carbonfasern aber auch FDA-konforme Materialien und Biomaterialien sind bei uns im Einsatz. Am besten kurz den Wunsch äußern und wir finden für dich die best mögliche Lösung.