Der 3D-Druck hatte seinen Entwicklungsstart in den 80iger Jahren. Der amerikanische Erfinder Charles Hull (1939 geboren) meldete im Jahr 1986 den ersten 3D-Printer zum Patent an. Er bezeichnet die Methode als Stereolithografie. Mittlererweile gibt es eine Reihe von verschiedenen Drucktechniken, die unter dem Sammelbegriff 3D-Druck zusammengefasst werden, nach verschiedenen Prinzipien arbeiten und nur für bestimmte Materialien geeignet sind. Diese Verfahren haben gemeinsam, dass sie 3-dimensionale Objekte durch das aufeinander aufbauen von dünnen Schichten herstellen. Dieses wird als „additive Fertigung“ bezeichnet. Als Materialien können für diese Verfahren neben Kunststoffen und Metallen auch andere Materialien (z. B. Gips, Gummi oder Sand) verwendet werden.
Für die Steuerung des Druckers werden digitale Vorlagen benötigt, die mit CAD-Software oder mit Hilfe eines 3D-Scanners erzeugt werden können. Diese Vorlagen werden mittels speziellem Programm in einzelne Schichten zerlegt, die dann über die Druckersoftware an den Drucker weitergegeben werden, welcher schließlich daraus ein Objekt aufbaut.
Zu den am häufigsten verwendeten Verfahren gehören:
Für dieses Verfahren werden vor allem thermoplastische Kunststoffe wie PLA, PP und ABS in Form von Filamenten verwendet. Die Druckköpfe der Geräte bestehen aus einer Fördereinheit und einer heißen Düse, in der das Filament zunächst verflüssigt und anschließend heraus gedrückt wird. Dieses Material wird nun schichtweise abgelegt und baut so das Objekt auf. Zur Verwendung kommen Filamente mit Dicken von 3 bzw. 1,75 mm. Die Düsen haben je nach Drucker Öffnungsdurchmesser von 0,5 bis 0,1 mm. Dieses Verfahren wird auch häufig als Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet. Es handelt sich hierbei um ein sehr verbreitetes und kostengünstiges Verfahren. Günstige Drucker können schon für unter 500 € erworben werden. Einfache Drucker verfügen über einen Druckkopf, teurere Drücker können mit bis zu vier Druckköpfen ausgerüstet sein, was den gleichzeitigen Druck von verschiedenen Materialien, bzw. Farben ermöglicht.
Bei diesem Verfahren kommen neben Kunststoffen wie Polyamid auch Metalle wie Titan in Form von feinem Pulver zum Einsatz. Die Struktur wird durch das Aufschmelzen der Materialien mittels eines Lasers aufgebaut, anschließend wird wieder eine neue Schicht Pulver über das Material gezogen, solange bis das Objekt vollständig ist. Nach Fertigstellung wird das Objekt vom überflüssigen Pulver befreit, was wieder verwendet werden kann.
Es handelt sich hierbei um das älteste 3D-Verfahren. Hierbei wird eine dünne Schicht aus einem lichtempfindlichen Kunstharz in ein Becken gegossen. Ein UV-Laser belichtet das Harz so dass es beginnt auszuhärten, bevor das geschieht wird die nächste Schicht aufgetragen. Es gibt zwei Varianten, entweder ein Beamer projiziert die gesamte Schicht des Objektes auf die Kunstharzoberfläche oder ein Laser im Druckkopf zeichnet die Formen nach. Stereolithografien können so feinste Details zeigen.
Der 3D-Druck gehört zu den TOP-Technologietrends der letzten Jahre. Der Grund dieser Entwicklung sind die Einkäufe von Systemen für Prototyping und andere Anwendungsbereiche durch zahlreiche Unternehmen – Unternehmen rüsten also mit 3D-Druck auf. Sie erkennen zunehmend das Potenzial der Technologie. Laut den Ergebnissen von Marktanalysten hat 3D-Druck mittlerweile die Phase erreicht, wo die Technologie rentabel wird und Rendite erwirtschaftet werden können. Sowohl für Unternehmen die 3D-Drucker/ 3D-Druck-Leistungen anbieten als auch für produzierende und dienstleistende Unternehmen die 3D-Druck einsetzen.
Immer mehr Unternehmen planen in 3D-Druck zu investieren. Das Ziel der Firmen ist eine bessere Agilität gegenüber ihrer Konkurrenz, Kosteneinsparungen und Innovationen für zukünftige Produkte mit Unterstützung der 3D-Druck-Technologie. Der 3D-Druck wird nicht mehr nur in der Herstellung von Einzelstücken und Prototypen, sondern auch für die Produktion eingesetzt. Die 3D-Drucktechnologie eröffnet eine größere Flexibilität in Design, reduziert den Materialverlust und bietet die Möglichkeit für maßgeschneiderte, kundenindividuelle Massenfertigung. Nicht zuletzt aufgrund dieser Fakten für eine effizientere Produktion in Unternehmen, findet der 3D-Druck in der Raumfahrt, Luftfahrt, Orthopädie, Schmuckherstellung, Dentaltechnik, der Bildung, Architektur, Medizin und Autoindustrie verstärkt Verwendung. Der 3D-Druck erlaubt es Unternehmen neue Produkte schneller, effizienter und kostengünstiger zu entwickeln.
Nach einer aktuellen Prognose soll sich der Umsatz mit 3D-Druckern, 3D-Druckzubehör und Dienstleistungen bis zum Jahr 2018 auf 16,2 Milliarden US-Dollar belaufen. Die Zahlen basieren auf einem geschätzten jährlichen Durchschnittswachstum von 45,7 Prozent. In 2013 belief sich der Umsatz der 3D-Druck-Branche noch auf 2,5 Milliarden US-Dollar. Die Branche wird nach Angaben von Marktforschern in den nächsten Jahren also stark wachsen.
Erst kürzlich erstellte das Freiburger Öko-Institut für die Fraktion »Die Grünen/Europäische Freie Allianz« eine Studie, die sich mit den umwelttechnischen Auswirkungen des 3D-Drucks beschäftigt. Die positiven Effekte sind dem Ergebnis zufolge ein geringerer Ressourcen-Verbrauch, eine reduzierte Lagerhaltung, niedrigere Transportkosten und weniger Verpackungsmüll.
3N bietet Ihnen folgende Dienstleistungen im Bereich 3D-Druck an
- Entwicklung von NFK-Granulaten für spezielle Anwendungen (Charakterisierung der benötigten Eigenschaften der zu verwendenden Materialien)
- Herstellung von 3D-Druck-Filamenten aus verschiedenen Materialien, auch NFK- Granulaten
- Anwendungstest für 3D-Druckfilamente (Druckfähigkeit)
- Herstellung von Produkten mittels 3D-Druck (Druckraumgröße: 300x300x300 mm, 3 Druckköpfe für die Verwendung von bis zu 3 Farben oder 3 verschiedenen Materialien)
- Qualitätstests im Verbund mit der Hochschule
Weitere Informationen finden Sie im Infoblatt 3D-Druck.