Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Dirk Zacharias | 2. August 2019

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Grundlegend funktioniert ein 3D-Drucker ähnlich wie ein bekannter 2D-Drucker, der Tinte mittels Strahl oder Laser auf ein Papier aufträgt. Der 3D-Druck ist ein additives Verfahren, bei dem zur Herstellung einer Bauform Material nach und nach schichtweise hinzugegeben wird, um ein dreidimensionales Modell zu erstellen. Es gibt verschiedene Verfahren im 3D-Druck, die etwas unterschiedlich funktionieren. Ausgangsbasis für den 3D-Druck sind entsprechende CAD-Daten für das zu druckende Teil.

Slice-Prozess bei Additiven Verfahren
Slice-Prozess bei 3D-Druck Verfahren

Selektives Lasersintern (SLS)

Beim SLS Verfahren können sowohl Kunststoffe als auch Metalle verarbeitet werden. Das Material wird in Pulverform Schicht für Schicht mit einem Rakel oder einer Nivellierwalze verteilt. Mittels eines Lasers wird das pulverförmige Rohmaterial verschmolzen und anschließend die nächste Schicht Pulver darübergestrichen. Das Material wird so schichtweise miteinander verschmolzen bis das gewünschte Bauteil fertiggestellt ist. Das Pulver, in dem die gedruckten Bauteile liegen befindet sich am Ende eines Druckvorgangs in einem Behälter, der nach Abkühlung aus dem Drucker entnommen und entleert werden kann. Das überschüssige Pulver wird beseitigt und kann wiederverwendet werden. Die fertigen Bauteile werden einfach gereinigt und können je nach Bedarf und Anwendungsbereich nachbearbeitet werden. Teilweise ist je nach Anforderung ein nachträgliches Glätten der Oberfläche erforderlich.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Beim FDM Verfahren kommt der Kunststoff als Filament, in Form eines Drahts auf einer Spule aufgerollt, zum Einsatz. Der Kunststoff wird für die Verarbeitung geschmolzen und durch eine Düse als Faden ausgegeben. Dieser Faden wird endlos nach und nach aufgetragen und formt so Schicht für Schicht das gewünschte Bauteil. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es Drucker mit zwei Düsen gibt, durch die gleichzeitig zwei verschiedene Kunststoffe aufgetragen werden können. Ein kleiner Nachteil ist die Dicke der aufgetragenen Schichten, die an den fertigen Objekten meist erkennbar sind und ggf. eine Nachbearbeitung der Oberfläche erfolgen muss. 

Mittlerweile gibt es neben den Bausätzen für Bastler auch bezahlbare fertige 3D-Drucker. Für den Privatgebrauch werden fast ausschließlich 3D-Drucker die im FDM Verfahren drucken eingesetzt. 

Stereolithografie (SLA)

Beim SLA Verfahren wird ein Kunstharz mittels eines UV-Lasers belichtet und dadurch ausgehärtet. Das Kunstharz wird dabei Schicht für Schicht in einen Behälter gegeben und jede Schicht an den gewünschten Stellen UV-belichtet. Ist eine Schicht ausgehärtet, folgt nach dem erneuten Eingeben des Kunstharzes die nächste usw. Damit das Druckobjekt nicht im Harz schwimmt oder sich verschiebt, sind zur Fixierung Stützstrukturen nötig, durch die das Objekt im Bad aus Kunstharz gehalten wird. Diese Stützstrukturen werden nach Fertigstellung des Druckes manuell von Hand entfernt.

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