Wie funktioniert eigentlich der 3D-Druck?

Was ist 3D-Druck?

Es handelt sich beim 3D-Drucken, auch bekannt als Rapid Prototyping (deutsch: schneller Prototypenbau) oder Digital Fabrication, kurz Fabbing, um ein relativ neues Verfahren, welches früher überwiegend der Industrie zur Verfügung stand. Immer mehr Privatpersonen nehmen inzwischen jedoch 3D-Druck als Dienstleistung in Anspruch.
Rapid Prototyping ist ein generatives Fertigungsverfahren zur schnellen und preisbewussten Herstellung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten auf der Grundlage von 3D-CAD-Daten.
Beim 3D-Druck als Variante des Rapid Prototyping wird nicht aus dem Material entfernt, was nicht zum Modell gehört. Genau umgekehrt wird das Stück aus vorher flüssigem Material im Schichtbauverfahren aufgebaut. Langsam entsteht so beim Druck ein sich durch Belichtung jeder Schicht verfestigendes Modell.
Als Material wird haltbares und formbeständiges Kunstharz verwendet. Das zunächst im Drucker flüssige Material verhärtet sich, wenn Schicht für Schicht nacheinander belichtet wird.
Das mit dem 3D-Drucker erzeugte Modell kann beliebig geformt sein und bedarf keiner allzu aufwendigen Nachbearbeitung, im Idealfall muss nur eine geringe Menge gelartiges Stützmaterial entfernt werden.

Das Verfahren — Schritt für Schritt

An einem einfachen Beispiel soll gezeigt werden, wie die einzelnen Schritte für den 3D-Druck ablaufen und warum Stützstrukturen notwendig sind. Der Drucker arbeitet schichtweise, deshalb wird das Modell in einzelne, sehr dünne Schichten zerlegt.

3D-Druck Objekt
Dieser Körper, ein Würfel mit einem schräg daran befestigten Zylinder, ist in einem CAD-Programm gezeichnet und als STL-Datei exportiert worden.
3D-Druck-Slicing
Der Drucker arbeitet schichtweise, deshalb wird das Modell in einzelne, sehr dünne Schichten zerlegt. Diese Schichten werden auch als Slices bezeichnet, der Vorgang als Slicing.
3D-Druck Schichten
Hier nochmals die erzeugten Schichten. In der Realität sind die Schichten wesentlich dünner.
Damit dieser „Slicing“ genannte Prozess problemlos abläuft, darf die Ausgangsdatei keine Fehler, wie beispielsweise fehlende Außenflächen, enthalten.
Wenn das sichergestellt ist, kann die Rapid-Prototyping-Maschine mit ihrer Arbeit beginnen.
Druck der Schichten
Der 3D-Drucker (Fabber) druckt – wie ein Tintenstrahldrucker – dünne Schichten aus einem flüssigen Kunststoff, die unmittelbar nach dem Druck durch UV-Strahlung aushärten. Nach jeder Schicht wird die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt. Daher kommt der Begriff des Schichtbau-Verfahrens.
3D-Druckprozess Insel
Es gibt jedoch in jedem Modell Bereiche, die im Bauprozess zunächst keine Verbindung zu dem schon gebauten Körper haben. Diese „Inseln“, rechts in Rot dargestellt, würden ohne Verbindung einfach herunterfallen.
3D-Druck im Bauprozess
Um das zu verhindern, druckt man ein zweites Material als Stütze (rechts gelb eingezeichnet) für die Insel.
Die Stützstruktur darf nicht mit dem Baumaterial verkleben und muss sich vom fertigen Modell leicht entfernen lassen.
3D-Druck mit Stützmaterial
Rechts ist schematisch das fertige Objekt dargestellt. Nach dem Entfernen des Stützmaterials ist der Fertigungsprozess abgeschlossen.

3D-Druck: Ein Beispiel

Wie ein fertiges 3D-Druck-Bauteil aussieht kann man zum Beispiel im Betrag über die Rillenschienen sehen.

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