3D Technologie für die Industrie
Im Jahre 1981 wurde die Stereolithographie, auch 3D Technologie, von Charles W. Hull erfunden. Das erste Konstruktionsprogramm gab es 1985. 1988 kam dann der erste 3D Drucker auf den Markt. In der Industrie ist der 3D Druck heute nicht mehr wegzudenken. Vor allem im Modellbau, in der Autoindustrie oder im Maschinenbau kommt der 3D Druck für die Prototypenentwicklung zum Einsatz. Aber auch in Medizin- und Zahntechnik, sowie in der Verpackungsindustrie, ist die 3D Technologie ein hilfreiches und zeitsparendes Hilfsmittel. Schicht für Schicht wird beim 3D Druck von unten her aufgebaut. Dies nennt man einen additiven Prozess. In erster Linie dient der 3D Druck vor allem für die Herstellung von Prototypen und Modellen. Auch für die Herstellung von Werkstücken, von denen nur eine geringe Stückzahl benötigt werden, wird das 3D Druckverfahren angewendet. Das Sprichwort “Zeit ist Geld“ wird in unserer heutigen Gesellschaft mehr denn je praktiziert.
Anwendungsbereiche von 3D Drucken
PROTIQ stellt zum einen mechanisch belastbare Bauteile, wie beispielsweise Gehäuseteile und Vorrichtungen aus Kunststoff, her. Zum anderen werden absolut präzise Prototypen und Urmodelle aus Kunststoff für Gießverfahren gefertigt. Bauteile aus verschiedenen Materialien zum individuellen Prototyp der in der Härte eingestellt werden kann. Die sogenannten Multimaterial-Bauteile weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, so dass es eine Vielzahl der gewünschten Voraussetzungen erfüllt. Bei diesem Prototyp ist auch die Herstellung von transparenten Bauteilen möglich. Die serienmäßige Produktherstellung von Werkzeugen im Spritzgießverfahren wird mit den 3D gedruckten Formeinsätzen aus Kunststoff schnell realisiert. Aber nicht nur Spritzgießwerkzeugeinsätze aus Kunststoff sind möglich. Um die Qualität der jeweiligen Produkte zu steigern sind bei PROTIQ die Einsätze aus Aluminium, Kupfer und Stahl erhältlich.
In der heutigen Zeit sind die Anforderungen an Präzision, Komplexität und Vielfältigkeit, sprich einer gewissen Funktionsintegration der Bauteile, sehr hoch. Durch selektives Laserschmelzen mit einer CAM Software wird der 3D Metalldruck von geometrisch hoch komplexer Bauteile um ein Vielfaches vereinfacht und effektiver. Insgesamt werden Kosten gespart, Werkzeuge sind langlebiger und die Maschinenlaufzeiten verringern sich. In manchen Bereichen müssen einige Bauteile gewichtsoptimiert hergestellt werden. Die Anforderungen, beispielsweise an den Flugzeugbau, steigt stetig an. Die Treibstoffreduzierung wird bei gleichbleibender Produktqualität gefordert. Um den Standards zu entsprechen, müssen neue Produkte entwickelt werden. Mit der Topologieoptimierung (Formoptimierung) wird der 3D Druck von Spritzgießwerkzeugen für ein struktureffizientes Leichtbaudesign in den Herstellungskosten und in den Maschinen-Durchlaufzeiten reduziert und optimiert.
Welche Verfahren gibt es beim 3D Druck?
1. Selektives Laserschmelzen
2. Lasersintern
3. Stereolithographie
4. Polyjet/Multijet
5. Keramik 3D Druck
Das selektive Laserschmelzen ist ein 3D Druck-Herstellungsverfahren für metallische Werkstoffe. Dafür wird das zu verarbeitende Metall in Pulverform in einer dünnen Schicht mit Hilfe von Hochleistungs-Laserstrahlen über die Bau-Ebene aufgetragen. Das pulverförmige Metall wird aufgeschmolzen und erkaltet anschließend.
Das Lasersintern ist ein 3D Kunststoffdruck der zur Herstellung von Werkstoffen, die sich nicht auf konventionelle mechanischer Fertigung oder gießtechnischer Fertigung herstellen lassen. Dieses Laserverfahren wird speziell bei Prototypen und kleinen Stückzahlen von komplizierten Teilen angewendet. Der pulverförmige Werkstoff wird mit Hilfe einer Walze (Rakel) auf eine Bauplattform aufgetragen. Danach wird das Pulver erwärmt und an den Stellen wo ein Bauteil entstehen soll, mit einem Laser gesintert (aufgeschmolzen). Die Bauplatte wird nun minimal gesenkt, der Prozess beginnt von vorne bis das Bauteil fertig ist.
Bei der Stereolithographie wird der 3D Druck mit Photopolymer-Harzen hergestellt. Das Photopolymer wird in Schichten auf einer Bauplattform im Harzbad, mit Hilfe von UV Licht, ausgehärtet. Wie auch bei den anderen Verfahren wird die Bauplatte immer wieder gesenkt und der Prozess solange wiederholt, bis das Werkstück fertig ist. Das Ergebnis sind sehr präzise Bauteile.
Beim Polyjetdruck oder Multijetdruck werden flüssige Acryl Photopolymere über einen Druckknopf, der ähnlich wie der Druckknopf eines Tintenstrahldruckers funktioniert, schichtweise aufgebaut. Über UV-Lampen werden die Schichten Stück für Stück ausgehärtet, ähnlich wie bei der Stereolithographie. Dabei wird die Intensität der Strahlungswärme so geregelt, dass die oberste Schicht nicht komplett aushärtet. So wird eine Verbindung zur unteren Schicht gewährleistet.
Der Keramik 3D Druck dient zur Herstellung von keramischen Bauteilen mit hoher Präzision und glatter Oberfläche z.B. für medizinische Zahnimplantate. Die Grundlage bildet eine Keramik-Monomer-Suspension. Schichtweise wird auch hierbei ein sogenannter Grünkörper aufgebaut. Mittels UV-Licht, wie bei der Stereolithographie, wird das Werkstück ausgehärtet und anschließend bei bis zu 1600 Grad Celsius gebrannt.
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