Was ist 3D-Druck? Bedeutung, Funktionsweise und Anwendung

3D-Druckmaschine
3D-Druckmaschine
Ressource: https://tactilehobby.com

Der 3D-Druck ist eine Technologie, die das Konzept der additiven Fertigung zur Herstellung von Objekten oder Produkten nutzt und in praktisch jeder Branche Anwendung findet. Angesichts der großen Beliebtheit dieser Technologie sind viele Menschen neugierig, wie sie funktioniert. Damit Sie sie besser verstehen, haben wir diesen Leitfaden zum 3D-Druck erstellt, der Ihnen einen umfassenden Überblick über die Funktionsweise gibt.

Was ist 3D-Druck?

Vereinfacht ausgedrückt, bezeichnet der 3D-Druck den Prozess der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts anhand einer digitalen Datei. Das Objekt wird durch das sukzessive Hinzufügen von Materialschichten erstellt, bis die gewünschte Form erreicht ist. Hier ist eine detailliertere Bedeutung des 3D-Drucks:

3D-Druck Definition

3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigungist ein Herstellungsverfahren, bei dem ein dreidimensionales Objekt durch Auftragen von Materialschichten entsteht.

Stellen Sie sich ein Objekt vor, das aus Legosteinen gebaut wird, nur dass die 3D-Druckmaschine anstelle von Spielzeugsteinen Rohmaterial (normalerweise Pulver oder Filament) verwendet, um das Objekt zu erstellen.

Der Begriff "additiv" wird verwendet, weil im Gegensatz zu anderen Herstellungsverfahren, bei denen man mit einem Materialblock beginnt und Schichten abträgt, um die gewünschte Form zu erreichen (subtraktives Verfahren), beim 3D-Druck ein Objekt durch sukzessives Hinzufügen von Schichten aufgebaut wird.

Die 3D-Drucktechnologie gibt es bereits seit den 1980er Jahren, aber erst in den letzten Jahrzehnten wurde sie für Verbraucher und Unternehmen allgemein zugänglich. Heute findet sie in einer Reihe von Branchen Anwendung, darunter das Gesundheitswesen, die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt und das Bauwesen.

3D-Druck im Vergleich zur traditionellen Fertigung

Das 3D-Druckverfahren gilt als Alternative zu traditionellen industriellen Verfahren wie subtraktive Fertigung (die das Schneiden, Bohren oder Fräsen von Materialien beinhalten) und Spritzgießen (bei dem eine Form verwendet wird, um ein Objekt durch Einspritzen von geschmolzenem Material zu erzeugen).

Der 3D-Druck hat einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren. So ist es in der Regel einfacher und kostengünstiger, ein Objekt mit einem 3D-Drucker herzustellen als mit herkömmlichen Methoden.

Darüber hinaus bietet der 3D-Druck mehr Designfreiheit, da er nicht durch die Notwendigkeit einer Form oder eines speziellen Werkzeugs eingeschränkt wird. Das bedeutet, dass Objekte mit komplizierteren Designs oder Formen leicht erstellt werden können.

3D-Druckmaschine in Betrieb
3D-Druckmaschine in Betrieb
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=G0EJmBoLq-g

Wie funktioniert der 3D-Druck?

Wie funktioniert also der 3D-Druck? Um zu verstehen, wie der 3D-Druck funktioniert, muss man zunächst den Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Fertigung verstehen.

Bei der subtraktiven Fertigung werden Objekte hergestellt, indem man mit einem großen Materialblock beginnt und dann das überschüssige Material entfernt, bis das gewünschte Objekt erreicht ist. Bei der CNC-Bearbeitung wird beispielsweise ein großer Metallblock in Form gefräst oder gedreht.

Bei der additiven Fertigung hingegen werden Objekte durch das sukzessive Auftragen von Materialschichten hergestellt, bis das gewünschte Objekt vorliegt. Der 3D-Druck fällt unter diese Kategorie. Im Allgemeinen funktioniert die 3D-Drucktechnologie wie folgt.

  • Die Konstruktion eines 3D-Druckobjekts beginnt mit der Erstellung eines computergestützter Entwurf (CAD)-Datei, die dann in einen 3D-Drucker eingespeist wird.
  •  Die 3D-Druckmaschine liest die CAD-Datei und gibt die Daten an einen Extruder weiter, der das Material (in der Regel geschmolzener Kunststoff oder Materialpulver und Klebstoff) entsprechend dem Entwurf Schicht für Schicht auf die Bauplattform aufträgt.
  •  Sobald das Objekt gedruckt ist, wird es abgekühlt, und die Bauplattform wird entfernt, so dass das fertige Produkt zum Vorschein kommt. In der letzten Phase des Prozesses wird das Objekt mit folgenden Mitteln fertiggestellt verschiedene Methoden.
3D-Druckmaschine
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Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=b7TM9LBhUC8

Arten des 3D-Drucks

Wie wir gesehen haben, wird beim 3D-Druck in der Regel geschmolzenes Material extrudiert oder Pulverpartikel werden Schicht für Schicht aufgetragen und verschmolzen. Mit nur wenigen Unterschieden gibt es mehrere verschiedene 3D-Druckarten oder -kategorien. Die 3D-Druckverfahren werden im Folgenden aufgeführt und erläutert.

VAT Photopolymerisation

Die VAT-Photopolymerisation ist eine Art des 3D-Drucks, bei der lichtempfindliches Harz mit ultraviolettes (UV) Licht. Eine mit flüssigem Photopolymermaterial gefüllte Wanne wird selektiv mit UV-Licht bestrahlt, wodurch das Material in der gewünschten Form verfestigt wird.

Pulverbett Fusion

Beim 3D-Pulverbettdruck wird zunächst eine Pulverschicht auf eine Bauplattform aufgetragen. A Laserstrahl verschmilzt dann selektiv die Pulverpartikel, die aneinander haften, bis die gewünschte dreidimensionale Form erreicht ist.

Materialstrahlverfahren

Wie der Name schon andeutet, werden beim 3D-Druck mit Materialstrahlverfahren Materialtröpfchen Schicht für Schicht aufgetragen, bis die gewünschte dreidimensionale Form entsteht. Das aufgebrachte Material wird dann mit ultraviolettem Licht oder Wärme ausgehärtet.

Blattkaschierung

Bei der 3D-Drucktechnologie der Blechlaminierung werden Schichten von flachen Blechen miteinander verbunden, in der Regel durch Kleben oder Ultraschallschweißen, bis die gewünschte dreidimensionale Form erreicht ist. Das Material kann aus Metall oder Polymer und manchmal auch Papier.

Material-Extrusion

Beim extrusionsbasierten 3D-Druck wird ein Material durch eine geformte Düse gepresst, um die gewünschte dreidimensionale Form zu erzeugen. Die gängigste Art des 3D-Drucks durch Materialextrusion ist das Fused Deposition Modeling (FDM). Bei dieser 3D-Drucktechnologie wird ein Filament zu einer Schmelze erhitzt und aus einer Düse extrudiert, um das Objekt zu drucken.

Binder Jetting

Beim Binder-Jetting-3D-Druckverfahren wird ein Bindermaterial durch eine Strahldüse selektiv auf Pulverpartikel aufgebracht. Das Bindermaterial bindet die Pulverpartikel Schicht für Schicht zusammen, bis die gewünschte dreidimensionale Form entstanden ist.

Gezielte Energieabscheidung

Beim 3D-Druck mit gezielter Energieabscheidung wird ein fokussierter Energiestrahl verwendet, um Material zu schmelzen und auf einer Bauplattform oder einem Substrat abzulagern. Das abgeschiedene Material verfestigt sich dann und bildet das gewünschte Teil oder Produkt.

Gängige 3D-Druckmaterialien

Zu den gängigsten Materialien für den 3D-Druck gehören Kunststoffe (die am häufigsten verwendeten), Metalle, Keramik und sogar Papier. Bei einigen Anwendungen, etwa im Bauwesen, wird auch Beton verwendet.

In der Lebensmittelindustrie werden bei 3D-Druckanwendungen Lebensmittel gedruckt. Das kann alles sein, von Schokolade und Bonbons bis hin zu komplexeren Formen wie Nudeln.

Materialien für den 3D-Druck sind in der Regel in Drahtform erhältlich, auch Filament, Pulver oder Harz genannt. Am häufigsten werden Filamente in extrusionsbasierten 3D-Druckern verwendet.

3D-Druck für medizinische Anwendungen
3D-Druck für medizinische Anwendungen
Ressource: https://www.mtu.edu/news

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks?

Es gibt viele Vorteile, die der 3D-Druck bietet. Hier sind einige der bemerkenswertesten.

Erhöhte Designfreiheit

Wie wir gesehen haben, besteht einer der entscheidenden Vorteile des 3D-Drucks darin, dass er eine größere Designfreiheit bietet, da er nicht durch die Notwendigkeit einer Form oder eines speziellen Werkzeugs eingeschränkt wird. Das bedeutet, dass Objekte mit komplexen Geometrien problemlos gedruckt werden können.

Schnelle Durchlaufzeit

Ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks ist seine relativ kurze Durchlaufzeit. Das liegt daran, dass die Objekte direkt aus CAD-Dateien gedruckt werden können, ohne dass Zwischenschritte wie Werkzeugbau oder Formgebung erforderlich sind.

Reduzierte Verschwendung

Der 3D-Druck trägt auch zur Verringerung der Verschwendung bei, da Objekte nur nach Bedarf und ohne Abfall gedruckt werden können. Dies steht in krassem Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsmethoden, bei denen eine große Menge an Material in Form von Ausschuss und Materialresten verschwendet wird.

Vielseitige Anwendungen

Die 3D-Drucktechnologie kann branchenübergreifend für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von der Produktentwicklung bis zur eigentlichen Fertigung. Das bedeutet, dass Sie den 3D-Druck effektiv für die Erstellung von Endverbrauchsteilen, Funktionsprototypen und Konzeptmodelle.

Kosten-Wirksamkeit

Ein weiterer entscheidender Vorteil des 3D-Drucks besteht darin, dass er im Allgemeinen kostengünstiger ist als die meisten herkömmlichen Herstellungsverfahren, insbesondere wenn es um die Produktion von Kleinserien geht.

Es gibt aber auch einige Nachteile des 3D-Drucks, die erwähnenswert sind. Zu den bemerkenswertesten gehören die begrenzte Auswahl an Materialien, die für den 3D-Druck verwendet werden können, und die geringere Genauigkeit. Dennoch sind mehr als diese Nachteile erforderlich, um die Vorteile des 3D-Drucks aufzuwiegen.

Verwendung einer 3D-Druckmaschine
Verwendung einer 3D-Druckmaschine
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=Gwbz-3uWZNw

3D-Druck Beispiele

Was kann man mit einem 3D-Drucker herstellen? Die Möglichkeiten sind praktisch endlos. Vieles hängt von Ihrer Fantasie und den Möglichkeiten des 3D-Druckers ab. Hier sind Beispiele für den 3D-Druck.

3D-gedruckte Häuser

Ja, man kann jetzt Häuser mit einem 3D-Drucker drucken! Es gibt bereits Unternehmen, die diesen Service anbieten. Der Vorteil von 3D-gedruckten Häusern ist, dass sie weniger kosten als herkömmliche Häuser. Sie sind auch umweltfreundlicher, weil beim Bau weniger Material verschwendet wird.

3D-gedruckte Organe

Der 3D-Druck wird auch zur Herstellung von Organen und Gewebe für Transplantationen eingesetzt. Die Technologie befindet sich noch im Anfangsstadium, hat aber das Potenzial, den medizinischen Bereich zu revolutionieren. Das allererste 3D-gedruckte Organ, eine menschliche Blase, wurde 1999 erfolgreich einem Patienten transplantiert.

3D-gedruckte Lebensmittel

Eine weitere interessante Anwendung des 3D-Drucks ist die Lebensmittelindustrie. Mit 3D-Druckern ist es möglich, eine breite Palette von Lebensmitteln wie Nudeln, Pralinen und mehr zu drucken. Der 3D-Druck in der Lebensmittelindustrie eröffnet neue Möglichkeiten für das Design und die individuelle Gestaltung von Lebensmitteln.

3D-gedruckte Autoteile

Der Einsatz des 3D-Drucks in der Automobilindustrie ist ebenfalls auf dem Vormarsch. Teile, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer herzustellen sind, können nun problemlos mit einem 3D-Drucker gedruckt werden. Außerdem sind sie in der Regel billiger zu produzieren. Infolgedessen setzen immer mehr Automobilhersteller die 3D-Drucktechnologie ein.

3D-gedruckte Teile für die Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird der 3D-Druck zur Herstellung von Teilen für Satelliten und Raumfahrzeuge eingesetzt. Der Vorteil der Verwendung von 3D-gedruckten Teilen ist, dass sie viel leichter sind als herkömmliche Teile. Dies ist wichtig für Raketen und andere Flugzeuge, die so leicht wie möglich sein müssen, um ordnungsgemäß zu funktionieren.

3D-gedrucktes Kunsthandwerk

Hobbybastler und Künstler verwenden 3D-Drucker, um alle möglichen Arten von Kunsthandwerk herzustellen. Von 3D-gedrucktem Schmuck bis hin zu Skulpturen - es gibt keine Grenzen, was man mit einem 3D-Drucker herstellen kann. Was Sie sich vorstellen können, können Sie mit einem 3D-Drucker drucken.

3D-gedruckte Verbraucherprodukte

Mehrere Unternehmen setzen inzwischen 3D-Drucker ein, um eine breite Palette von Konsumgütern wie Brillen, Elektronik und mehr herzustellen. Dies bringt mehrere Vorteile mit sich, z. B. eine kürzere Vorlaufzeit und geringere Kosten.

Dies sind nur einige Beispiele dafür, was mit einem 3D-Drucker hergestellt werden kann. Mit der weiteren Entwicklung der Technologie werden wir noch mehr Erstaunliches sehen.

Schlussfolgerung

Der 3D-Druck ist eine Technologie, die eine Vielzahl von Vorteilen bietet. Sie ist umweltfreundlich, kosteneffizient und kann zur Herstellung vieler verschiedener Produkte verwendet werden. Trotz seiner Nachteile hat der 3D-Druck die Fertigungsindustrie praktisch revolutioniert.

Wenn Sie gerade erst mit dem 3D-Druck beginnen, hoffen wir, dass dieser Artikel Ihnen ein besseres Verständnis für die Technologie und ihre Anwendungen vermittelt hat.

Beachten Sie, dass dies nur ein grundlegender Überblick über den 3D-Druck ist. Wenn Sie mehr erfahren möchten, lesen Sie unsere anderen Artikel zu diesem Thema.

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