Mensch-Maschine-Interaktion

3D-Druck

Der Begriff "3D-Druck" wird heute synonym für sogenannte Additive Fertigungsverfahren gebraucht, die seit Mitte der 1980er grundsätzlich bekannt sind. Die Grundidee besteht darin, das zu fertigende Produkt schichtweise durch eine Materialzuführung - also additiv - herzustellen. Dieser Vorgang kann als Drucken bezeichnet werden. Ausgehend von dreidimensionalen CAD-Daten können so nahezu beliebige Formen und Strukturen direkt gefertigt werden. Bei der additiven Fertigung wird

  • entweder durch einen schichtweisen Materialauftrag eines Ausgangsmaterials (z.B. bei Fused Layer Modeling oder Multijet Printing) auf einer Bauplatte
  • oder durch einen schichtweisen Phasenübergang von einem flüssigen oder pulverförmigen Material zu einem festen Zustand (z.B. bei Stereolithografie, Laser-Sintern, Laster-Strahlschmelzen)

ein Bauteil produziert. Je nach Verfahren können die Produkte aus Polymeren, Kunstharzen, Keramik, Papier oder Metall hergestellt werden. Eine Nachbearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile ist oft notwendig, um die geforderten Oberflächengüten und Maßtoleranzen zu erreichen oder im Prozess notwendige Hilfsstrukturen zu entfernen.

3D Druckverfahren haben den Vorteil, dass sie schnell und kostengünstig Produkte ohne formgebende Werkzeuge und mit geringem Materialverlust direkt aus den digitalen Daten erzeugen können und so insbesondere bei kleinen Losgrößen gut einsetzbar sind. Durch die Additive Fertigung kann somit schnell aus einer Konstruktion ein erster Prototyp erstellt oder individuelle Produkte aus vorliegenden Daten produziert werden. Darüber hinaus werden Geometrien herstellbar, die sich mit anderen Fertigungsverfahren nicht produzieren lassen. Neben der Herstellung von Freiformflächen und inneren Strukturen wird es durch die additive Fertigung auch möglich, Funktionen in einem Bauteil zu integrieren und somit Montageschritte in der Produktion einzusparen.

Nach der VDI-Richtlinie 3405 werden die 3D-Druckverfahren in die Verfahrensgruppen Stereolithografie, Laser-Sintern, Laser-Strahlschmelzen, Elektronen-Strahlschmelzen, Fused Layer Modelling, Multi-Jet Modelling, Poly-Jet Modelling, 3-D-Drucken, Layer Laminated Manufacturing, Digital Light Processing und Thermotransfer-Sintern eingeteilt.

Anwendungsbereiche

  • Erstellung von Prototypen in Produktentwicklung und Konstruktion
  • Fertigung von Urmodellen
  • Fertigung von Produktteilen, die konventionell nicht oder nur mit großem Aufwand herzustellen sind
  • Fertigung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen, ggf. mit konturnaher Kühlung
  • Fertigung bionischer Konstruktionen im Leichtbau
  • Fertigung kundenindividueller Produkte in kleinen Losgrößen direkt aus digitalen Daten
  • Fertigung von Bauteilen mit Funktionsintegration

Wirkungen für Unternehmen

  • Wirtschaftliche Fertigung in kleinen Stückzahlen (low-volume production)
  • Vergrößern der Komplexität der Konstruktion
  • Kostenoptimierte Produktpersonalisierung
  • Vergrößerte Teilefunktionalität
  • Verbesserte Nachhaltigkeit im Lebenszyklus
  • Optimierte Lieferketten und Vertriebswege