Welt der Technik

3D Drucker Technologien

3D Drucker Technologien (2017)

Stereolithografie

Die Stereolithografie als 3D Druck Verfahren gehört als technisches Prinzip zum Rapid Manufacturing beziehungsweise Rapid Prototyping. Das Verfahren wurde entwickelt, um Prototypen von Werkstücken herzustellen. Diese werden schichtweise anhand von Rasterpunkten aufgebaut, die ein CAD-Programm frei im Raum platziert. Chuck Hull hat dieses Verfahren schon 1984 zum Patent angemeldet. Als Rohstoffe kommen Photopolymere zum Einsatz, das sind lichtaushärtende Kunststoffe wie Epoxid-, Acryl- oder Vinylesterharz. Die Aushärtung übernimmt nach dem schichtweisen Auftrag ein Laser. Für den gesamten Herstellungsprozess muss das Werkstück in ein Bad gesenkt werden. Teilweise kommen Stützstrukturen zum Einsatz, bei der modernen Mikrostereolithografie entfallen diese ebenso wie in vielen Fällen die Nachhärtung. Beim verwandten SGC-Verfahren (Solid Ground Curing) übernimmt UV-Licht die Aushärtung.

Digital Light Processing

Das DLP-Verfahren für den 3D Druck hat Texas Instruments entwickelt. Hierbei wird zunächst auf einen Lichtstrahl ein digitales Bild aufmoduliert, dann der Lichtstrahl in Pixel zerlegt sowie für die Projektion reflektiert. Erforderlich ist hierfür eine Matrix von Spiegeln, das sogenannte Digital Micromirror Device (DMD). Damit lassen sich Videoprojektoren betreiben, doch genauso dient die Bildprojektion als Vorlage für das Additive Manufacturing, also den 3D Druck. Bei diesen generativen Fertigungsverfahren - es gibt mehrere davon - übernimmt der 3D Drucker die Daten des DMD und fertigt aus den entsprechenden Rohstoffen (Flüssigkeiten, Pasten, Gele, Pulver) auf additive (hinzufügende) Weise schichtweise die gewünschten Werkstücke, Modelle, Prototypen oder Endprodukte. Die Daten werden in der Regel via STL-Schnittstelle übergeben.

Polyjet-Modeling

Polyjet-Modeling oder auch Multijet-Modeling gehört als Verfahren zum Rapid Prototyping. Hierbei wird das Modell schichtweise aufgebaut, indem ein Druckkopf mit mehreren Düsen den Rohstoff abgibt. Dieser Druckkopf ähnelt dem eines Tintenstrahldruckers. Der Vorteil besteht darin, dass der Druckkopf sehr feine Tröpfchen erzeugen und damit beim 3D Modell feine Details darstellen kann. Für Überhänge werden Stützkonstruktionen benötigt. Ausgangsmaterialien sind Hartwachse, wachsähnliche Thermoplaste und bei moderneren Geräten UV-empfindliche Photopolymere. Die Rohmaterialien sind sogenannte Monomere (reaktionsfähige Moleküle), die nach dem Aufdruck auf eine vorhandene Schicht durch UV-Licht polymerisiert werden, was sie aushärten lässt. Das Verfahren ähnelt daher sehr der Stereolithografie. Mit dem Polyjet-Modeling lassen sich aber auch Klebstoffe auf pulvrige Substrate aufbringen. Es kann sich dabei um Glas- oder Metallpulver handeln, wodurch sehr belastbare Werkstücke per 3D Druck entstehen.

Fused Deposition Modeling

Das Fused Deposition Modeling ist eine Schmelzschichtung, die ebenfalls dem Rapid Prototyping zugeordnet wird. Die Werkstücke entstehen schichtweise aus schmelzfähigen Kunststoffen. S. Scott Crump entwickelte das Verfahren in den 1980er Jahren, die kommerzielle Anwendung begann in den 1990er Jahren. Es existiert für dasselbe Verfahren auch der Ausdruck "Fused Filament Fabrication", da "Fused Deposition Modeling" markenrechtlich geschützt ist. Das technische Prinzip besteht aus dem Auftragen von Punktrastern auf eine Fläche, die Punkte bestehen aus verflüssigtem Wachs oder Kunststoff. Anhand dieser Punkte erfolgt der schichtweise Aufbau des gewünschten Modells oder Werkstücks. Es sind sehr kleine Schichtdicken ab 0,025 mm möglich, auch lassen sich gleichermaßen Voll- und Hohlkörper fertigen.
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