3D-Druck

3D-Druck bedeutet, ein dreidimensionales Objekt durch schichtweises Auftragen oder Aushärten von Material herzustellen, gesteuert durch ein digitales Modell. Das Verfahren wandelt eine CAD-Datei ohne Werkzeuge, Formen oder subtraktive Abfallverschwendung in physische Form um. Ein 3D-Drucker liest das Modell, teilt es in dünne horizontale Querschnitte auf und baut jede Schicht auf der vorherigen auf, bis das Teil fertig ist. Das Ergebnis ist eine fertige oder beinahe fertige Komponente, ein Prototyp oder ein Werkzeug.

Die verbreitetsten industriellen Verfahren sind Fused Deposition Modeling (FDM), bei dem eine beheizte Düse thermoplastisches Filament ausspritzt; Selective Laser Sintering (SLS), das Polymerpulver oder Metall mit einem Laser verschmilzt; Stereolithografie (SLA), die Flüssigspeicharz mit ultraviolettem Licht aushärtet; und Binder Jetting, das Klebstoff auf Pulverbetten aufträgt. Jedes Verfahren eignet sich für unterschiedliche Materialien (ABS, Nylon, Aluminium, Titan, Keramik, Harze) und Toleranzen. FDM ist am schnellsten und kostengünstigsten für Prototypen. SLS und Metallverfahren erzeugen stabilere Produktionsteile, benötigen aber höhere Kosten und längere Laufzeiten.

Einsatz in der Produktion

3D-Druck wird verwendet, um Prototypen herzustellen, bevor man sich auf Spritzguss- oder Gusswerkzeuge festlegt, die zehntausende Euro kosten und Wochen dauern können. Er wird auch zur Herstellung von Kleinserien-Spezialteilen, Zahnprothesen, Luft- und Raumfahrtklammern, medizinischen Implantaten und Ersatzkomponenten für ältere Geräte eingesetzt, wenn die traditionelle Fertigung unwirtschaftlich ist. Die Lieferzeiten betragen je nach Teilgröße und Verfahren zwischen Stunden und Tagen. Wandstärke, Stützstrukturen, Nachbearbeitung (Reinigung, Wärmebehandlung, Oberflächenfinish) und Bauteilorientierung beeinflussen die endgültigen Abmessungen und die Oberflächengüte.

Der Begriff 'Druck' ist vom 2D-Inkjet-Druck entlehnt und ist etwas irreführend: 3D-Druck ist ein additives Herstellungsverfahren, kein Druck im klassischen Sinne. Er hat sich trotz gelegentlicher Vorbehalte von Ingenieuren, die 'additive Fertigung' oder 'Rapid Prototyping' bevorzugen, als Industriestandard etabliert. Die Genauigkeit liegt je nach Maschinenkalibration und Material typischerweise zwischen 0,1 mm (SLS, SLA) und 0,5 mm (FDM). Anisotropie (Schicht-zu-Schicht-Schwäche senkrecht zur Baurichtung) ist ein echtes Problem bei Strukturbauteilen.

Häufige Einschränkungen sind Größenlimits (die meisten Maschinen bauen innerhalb von 300 mm x 300 mm x 300 mm), Nachbearbeitungskosten, begrenzte Materialauswahl im Vergleich zur traditionellen Fertigung und Oberflächenrauheit, die oft Finish erfordert. Stützmaterial muss entfernt oder aufgelöst werden, was Zeit und Kosten kostet. Bei Großserienproduktion (über 10.000 Stück) bleibt Spritzguss pro Einheit schneller und günstiger. 3D-Druck ist am wertvollsten, wenn die Geometrie komplex ist, Individualisierung erforderlich ist oder das Produktionsvolumen die Werkzeuginvestition nicht rechtfertigt.