Ausstattung
Es existiert eine Vielzahl von 3D-Druckverfahren, die auf verschiedenen Mechanismen beruhen. Hier könnt Ihr euch einen Eindruck über die Funktionsweise unserer Kunststoff-3D-Drucker und weiterer Bearbeitungsmaschinen verschaffen.
Materialextrusion
Vorteile
- Schnelles Prototyping
- Gute Prozessstabilität
- Einfache Überwachung des Druckprozesses
Nachteile
- Raue Oberflächen
- Begrenzter Detailgrad
Verfahrensbeschreibung
Das 3D-Druck Verfahren FFF (Fused Filament Fabrication, auch FDM genannt) basiert auf einem schichtweisen Materialauftrag von schmelzflüssigem Ausgangsmaterial. Eine beheizte Düse sorgt dafür, dass der verwendete Kunststoff erwärmt wird und in eine Schmelze übergeht. Diese Schmelze wird lokal durch die Düse extrudiert und erstarrt zügig, sodass neue Formen aus dem Ausgangswerkstoff geschaffen werden. Die Düse wird dabei von einem Computer angesteuert und verändert im Prozess laufend ihre Position.
3D-Drucker
- Roboze One+400 Xtreme
- Builder Extreme 3000 Pro
- Multec Multirap M10
- BambuLab X1 Carbon
- mycusini Schoko-Drucker
- Zusatz: Materialshredder und -extruder 3devo Composer 450
Materialien
- PLA
- PETG
- PP
- (faserverstärktes) Polyamid
- (faserverstärktes) PEEK
- Keramik-Filament
Photopolymerisation
Vorteile
- Sehr hoher Genauigkeitsgrad und viele Details
- Transparente Bauteile herstellbar
- Schneller Druckprozess
Nachteile
- Stützstrukturen erforderlich
- Nachbehandlung und Aushärtung nötig
Verfahrensbeschreibung
Bei dem Mechanismus der Photopolymerisation kommen flüssige Kunstharze zum Einsatz, die durch Bestrahlung mit (UV-)Licht selektiv aushärten und somit zu Festkörpern werden. Ähnlich wie beim FFF-Verfahren, erfolgt der Aufbau des Druckobjektes schichtweise auf darunterliegenden Strukturen. Dünne Schichten des Harzes werden durchleuchtet, woraufhin das Material sich verfestigt und nachfolgende Schichten aufgebaut werden können. Die Bestrahlung erfolgt meist mit einem Laser (Stereolithografie, SLA) oder einem durchleuchteten LCD-Panel (Masked-SLA/LCD). Zur vollständigen Aushärtung werden die Teile für einige Minuten mit UV-Licht bestrahlt.
3D-Drucker
Materialien
- Verschiedene Kunstharze
- Transluzente Materialien
- Einfärbungskit für freie Farbwahl
Pulverbett-Verfahren
Vorteile
- Gute mechanische Eigenschaften
- Komplexe Geometrien möglich
- Keine Stützstrukturen nötig
Nachteile
- Pulverhandling
- Begrenzte Materialauswahl
Verfahrensbeschreibung
Pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren nutzen Pulverstoffe als Ausgangsmaterial. Diese werden in Teilbereichen durch gezielte Einbringung von Wärmeenergie lokal aufgeschmolzen, sodass sich die Pulverpartikel miteinander verbinden. Dies kann zum Beispiel durch einen Laserstrahl erfolgen. Die Verfahren arbeiten schichtweise, was durch ein Absenken der Bauplattform ermöglicht wird. Im Kunststoffbereich hat sich die Bezeichnung SLS (selektives Lasersintern) für das Verfahren durchgesetzt. Durch das Pulverbett werden keine Stützstrukturen benötigt und eine große Geometriefreiheit ermöglicht.
3D-Drucker
Materialien
- PA 11 Pulver
- PA 11 Pulver (glasverstärkt)
- PA 12 Pulver
Biodrucker
Vorteile
- Gewebe mit lebenden Zellen prinzipiell druckbar
Nachteile
- Kompatible Bioinks müssen weiter erforscht werden
- Sterile Umgebung notwendig
Verfahrensbeschreibung
Biodrucker ermöglichen das Drucken von lebenden Zellen und Gewebe. Die Zellen sind dabei in einem dafür angepassten polymeren Gel eingebettet. Die Kombination aus Zellen und biokompatiblem Polymer wird dabei als "Bioink" bezeichnet. Im Bereich des Bioprinting wird seit geraumer Zeit viel geforscht, da es ein sehr breites Spektrum an Möglichkeiten bietet. Dazu zählen etwa künstlich hergestelltes Gewebe für die Kosmetik- und Pharmaindustrie und die Herstellung von kultiviertem Fleisch im Lebensmittelbereich. Das Herstellen von funktionsfähigen Organen ist aufgrund der hohen Komplexität des Blutgefäßsystems und weiterer Hürden derzeit noch nicht möglich.
Polyjet
Vorteile
- Sehr hohe Gestaltfreiheit
- Hohe Oberflächengüte
- Farbige Objekte und Muster
- Kombinierung verschiedener Materialien
Nachteile
- Hoher Preis für Materialien
Verfahrensbeschreibung
Polyjet (auch Multijet-Modeling genannt) ist ein Druckverfahren, das nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet, wie der "2D"-Tintenstrahldruck. Hierbei wird allerdings nicht Tinte auf ein Blatt Papier, sondern flüssiges Fotopolymer in eine 3D-Struktur gebracht. Die verwendeten Fotopolymere haben die Eigenschaft, durch UV-Licht auszuhärten. Dies macht man sich zunutze, indem mehrere Druckköpfe winzig kleine Tröpfchen der Polymere auftragen, welche danach sofort durch UV-Licht ausgehärtet werden. Dadurch lassen sich verschiedene Werkstoffe und Farben innerhalb eines Druckes kombinieren. Auch sind elastische Materialien und deren Integration in Bauteile möglich. Insgesamt ist die Druckqualität sehr hoch, sodass Polyjet ein geeignetes Verfahren für endproduktnahe Prototypen und Designstudien darstellt.
3D-Drucker
Materialien
- Farbige, transluzente und elastische Werkstoffe
- Biokompatible Materialien
Lasercutting
Vorteile
- Schnelles Bearbeitungsverfahren
- Breite Werkstoffvielfalt
- Feine Konturen möglich
- Hohe Materialausnutzung
Nachteile
- Meist nur 2D-Objekte schneidbar
Verfahrensbeschreibung
Beim Lasercutting werden Festkörper mittels Laserstrahlung lokal so hoch erhitzt, dass ein Materialabtrag entsteht und das Objekt durchtrennt wird. Dieser Vorgang wird auch als "Materialablation" bezeichnet. Lasercutter gibt es in verschiedenen Größenordnungen. Dies gilt sowohl für die Größe der Objekte, als auch für die Laserleistung. Ist die Laserleistung groß genug, so ist prinzipiell nahezu jeder Werkstoff durchtrennbar. Durch das computergestützte Steuern des Laserstrahls sind feine Geometrien und feine Konturen oft mit kleinen Toleranzen herzustellen. Durch Reduktion der Laserleistung sind viele Materialien gravierbar, was etwa für Beschriftungen und kreative Effekte sehr gut eingesetzt werden kann.
Geräte
Materialien
- Viele Kunststoffe
- Holz (auch MDF)
- Metalle teils gravierbar
Thermoformen
Vorteile
- Kostengünstig
- Breite Materialauswahl
Nachteile
- Formwerkzeug nötig
Verfahrensbeschreibung
Thermoformen ist ein Umformverfahren, bei dem thermoplastische Kunststoffe in Folien- oder Plattenform unter Wärmeeinwirkung bearbeitet werden. Dabei kommt ein Vakuum zum Einsatz, das die erwärmte Kunststoffplatte an die Werkzeugkontur zieht. Auf diese Weise sind auch feine Konturen möglich. Wegen der Ähnlichkeit zum Tiefziehverfahren bei den Metallen, wird das Thermoformen auch "Vakuumtiefziehen" genannt. Das Verfahren macht die Herstellung von dünnwandigen und teils komplexen Geometrien möglich. Mittels Thermoformen hergestellte Objekte aus dem Alltag sind etwa Verpackungen (z.B. Joghurtbecher) und Geräteverkleidungen. Das Thermoformen ist oft eine Alternative zum Spritzguss, ist dabei aber wesentlich günstiger. Die für das Thermoformen benötigten Formwerkzeuge können wir in unserem Labor selbst herstellen und sind so sehr flexibel aufgestellt.