3D-Druckverfahren

3D Drucker – unsere Zukunft?

3D Drucker gibt es schon seit einigen Jahren. Doch waren die „Druckerneulinge aus der Zukunft“ bisher für Privatleute fast unbezahlbar. Da sie in letzter Zeit aber immer erschwinglicher in ihrem Preis werden, kommen nun ebenso Privatpersonen in den Genuss eines 3D-Druckers. Auch bei OFFICE Partner können Sie jetzt Filamente für 3D-Drucker des Herstellers Avistron sowie 3D-Drucker erwerben. Daher beleuchten wir für Sie mit diesem Artikel die Thematik „3D-Drucker“ von allen Seiten und stellen alles Wissenswerte vor.

3D Drucker – Willkommen in der Zukunft!

1986 meldete der amerikanische Erfinder Charles Hull bereits den ersten 3D-Drucker zum Patent an. Doch einen richtigen Durchbruch erhielt diese Technologie erst 2012, als MakerBot den 3D-Drucker Replicator 2.0. erneut auf den Markt brachte und einen Offline-Store für 3D-Drucker in New York eröffnete. Ab diesem Zeitpunkt konnte jeder Bürger für 1.199 US-Dollar einen 3D-Drucker erwerben. Aktuell gibt es 3D-Drucker für den Privatgebrauch bereits für unter 500 Euro. Bei OFFICE Partner erweitern wir unser Angebot mit hochwertigen Filamenten der Marke Avistron. Doch was sind überhaupt Filamente? Nachfolgend nun wissenswerte aktuelle Facts rund um die Thematik 3D-Drucker.

Gliederung:

Verschiedene Druckverfahren

     Fused Deposing Modeling
     Stereolithographie
     Multi-Jet Modeling
     Selektives Lasersistern
     3-Dimensional Printing
     Multi-Jet Fusion-Technologie (HP)

Filamente von Avistron
Kriterien für Kauf von Filamenten

Was sind überhaupt 3D-Drucker?

Mit 3D-Druckern lassen sich dreidimensionale Objekte herstellen, die zuvor mittels einem digitalen 3D-Modell (z.B. CAD-Datei) geplant wurden.

Komplexe Druckverfahren

Es gibt verschiedene Druckverfahren, um ein dreidimensionales Objekt zu erstellen. Für den privaten Haushalt und dem semi-professionellen Prototypenbau wird oft das Fused Deposition Modeling verwendet. Hierbei wird das Objekt im Schichtbauverfahren mit sogenannten Filamenten erstellt. Filamente bestehen üblicherweise aus Kunststoff wie PLA (Polyactide) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat). Es gibt aber auch Filamente aus Metall und organischen Materialien wie Lebensmittel, Nylon High-Density-Polyethylen (HDPE), sodass Ihnen mit 3D-Druckern eine große Druckvielfalt geboten wird. Ständig werden weitere Filamente aus den verschiedensten Materialien und Materialmixen entwickelt. Das Filament wird mit einem Extruder verbunden, welches das Filament durch ein Heizelement fördert. Das geschmolzene Filament wird durch eine Düse geleitet, sodass die erste Schicht auf den Untergrund aufgetragen wird. Wenn diese erkaltet ist, wird die nächste Schicht aufgetragen, sodass nach und nach Ihr gewünschtes Objekt entsteht.

Fused Deposing Modeling

Ein weiteres Druckverfahren nennt sich Stereolithographie (SLA). Hierbei wird mit flüssigem Epoxidharz das Objekt erstellt. Das Stereolithographie-Gerät besteht aus einer Kammer, einem Dispenser und einem Laser. In der Kammer befindet sich flüssiges Epoxidharz, welches durch die punktuelle Bestrahlung mit einem Laser aushärtet. Der Laser bearbeitet das Epoxidharz so lange, bis das gewünschte Objekt fertiggestellt ist. Der Dispenser gibt, wenn nötig, weiteres Epoxidharz in die Kammer. Dieses Verfahren ist genauer und schneller als das Fused Deposition Modeling. Dafür müssen komplexe Bauteile nachbearbeitet werden. Dieses Verfahren ist weniger bei privaten Haushalten vertreten als eher beim semi-professionellen und industriellen Prototypenbau.

Stereolithographie-Verfahren

(Quelle: http://www.chip.de/ii/1/4/0/9/9/2/5/1/stereo-0f04fc463c3db3f6.jpg)

Das Multi-Jet Modeling (MjM) ist eine Kombination aus den beiden Druckverfahren Fused Deposition Modeling und Stereolithographie. Dabei werden feste Acryl-Photopolymere geschmolzen und durch eine feine Düse auf eine Bauplattform getröpfelt. Eine kleine Rolle drückt die Tropfen daraufhin platt und eine UV-Einheit härtet die erste Schicht aus. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das Objekt schließlich fertig ist. Dieses Verfahren ist sehr teuer und wird daher nicht in Privathaushalten, sondern im semi-professionellen und industriellen Prototypenbau verwendet. Das Druckverfahren ist sehr genau und kann mehrere Gegenstände gleichzeitig erstellen, sofern sie alle in den Bauraum passen.

Multi-Jet Modeling Verfahre

(Quelle: http://medfab.de/wp-content/uploads/2015/06/MJM.png)

Beim Selektiven Lasersintern (SLS), Selektives Laserschmelzen (SLM) und Selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) liegen die Druckmaterialien wie Nylon, Titan, Aluminium, Mehrkomponenten-Metall in Pulverform vor. Bei diesen Verfahren wird das Pulver auf unterschiedliche Weisen erhitzt, sodass sich die einzelnen Partikel verbinden und eine Schicht entsteht. Auf die erste Schicht wird eine neue Pulverschicht aufgetragen und erhitzt. So wird weiterverfahren bis das fertige Objekt entsteht. Dieses Verfahren ist ebenfalls sehr teuer, sodass es sich genauso wenig für Privatanwender eignet. Die Druckerzeugnisse weisen eine hohe Bauteilgüte auf und können mit Gussteilen verglichen werden.

Selektives Lasersistern

(Quelle: http://www.3d-drucken.de/wp-content/uploads/2015/01/Unbenannt-1.jpg)

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das 3-Dimensional Printing (3DP) von Zcorp. Hierbei befindet sich pulverförmiger Polymergips in einer Kammer. Dieses Pulver wird geglättet und über einen Druckkopf mit Bindemittel benetzt. Darauf kommt wieder eine Schicht Pulver, die erneut mit Bindemittel verklebt wird. Dieses Verfahren wird solange fortgeführt, bis das Objekt fertig ist. Das 3DP-Verfahren ist sehr genau und es sind auch farbige Objekte möglich. Der Polymergips ist allerdings außerordentlich teuer in der Anschaffung und das Objekt muss nachgearbeitet werden, da es sonst brüchig ist.

3-Dimensional Printing Verfahren

(Quelle: http://lkt.mb.uni-magdeburg.de/html/3dp/3dp.gif)

In diesem Jahr stellte auch HP eine neue 3D-Druck-Technologie vor – die Multi-Jet Fusion-Technologie, die besonders durch Schnelligkeit beeindruckt. Die zwei Geräte HP Jet Fusion 3D 3200 und 4200 lassen sich sowohl für die Prototypenentwicklung als auch in der Fertigung einsetzen. Die 3D-Drucker sollen bis zu 10-mal schneller und bis zu 50 Prozent günstiger als andere 3D-Drucker sein. Die Druckerplattform kann bis zu 340 Millionen Voxel pro Sekunde verarbeiten. Ein Voxel ist ein Gitterpunkt in einem dreidimensionalen Raum (= Pixel mit Volumen). Durch die volumetrischen Informationen kann ein dreidimensionales Produkt mit vielen verschiedenen Farben, Materialien und Texturen entstehen.
Das Druckverfahren sieht wie folgt aus: Mit einer intuitiv bedienbaren Software muss zunächst das Produkt designt werden. Anschließend wird in der Processing Station die passende Menge des Druckpulvers gemischt. Das Material wird in den Drucker geschoben, wo dann der Druckprozess beginnen kann. Zunächst fährt dafür ein Materialschlitten waagerecht von oben nach unten über den Produktionsraum, bei dem eine Schicht des Druckpulvers ausgelegt wird. Anschließend fährt dann ein Serviceschlitten von links nach rechts über den Bereich. Am Kopf des Schlittens ist eine vorwärmende Infrarotlampe angebracht. Dahinter befinden sich große Felder von Druckdüsen, durch denen Fusionskatalysatoren („Fusing Agent“) und der „Detailing Agent“ aufgetragen werden. Der Fusing Agent erzeugt durch das Auftragen feste Materialien. Der Detailing Agent wird auf die Grenzbereiche des zu festigen Materials aufgetragen, um den Fusionsprozess präzise zu steuern. Am Ende des Druckkopfes ist eine Fusionslampe angebracht. Die beiden Agents reagieren unterschiedlich auf Wärme, wodurch die Bereiche entweder verschmolzen werden oder feinkörnig bleiben. Ein Transforming Agent soll zudem die Eigenschaft der Voxel wie Farbe, Beschaffenheit, Leitfähigkeit, etc. verändern. Die beiden Schlitten arbeiten sowohl auf dem Hin- als auch auf dem Rückweg, wodurch die hohe Geschwindigkeit erzeugt werden kann. Abschließend kommt die Build Unit wieder in die Process Station, wo dann überschüssiges Pulver abgesaugt und das Produkt runtergekühlt wird. Überschüssiges Pulver kann für einen weiteren Prozess eingesetzt werden.

3D Druckverfahren von HP

Drucken mit Filamenten von Avistron

Was sind Filamente?

Der Begriff Filament bedeutet so viel wie Fadenwerk. Wie bereits beschrieben, werden die Filamente für das Fused Deposition Modeling Verfahren benötigt. Im Laufe der Zeit kamen neben den Standard Filamenten aus ABS und PLA auch Filamente aus Metallen, Lebensmitteln und anderen Materialien hinzu.

Wer oder was ist Avistron?

Avistron ist eine neue hochwertige Marke der Firma Siewert & Kau Computertechnik GmbH für 3D-Printing Supplies. Dabei bündeln sich unter diesem Namen Filamente, die mit allen gängigen 3D-Druckern kompatibel sind. Sie werden in einer sogenannten Fishbox geliefert, die licht- und luftundurchlässig ist, sodass die Filamente eine lange Haltbarkeit aufweisen. Filamante der Marke Avistron werden derzeit nur bei sieben Händlern angeboten – unter anderem bei OFFICE Partner.

Avistron führt 3 verschiedene Filamente:

ABS-Filamente

ABS oder auch Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat ist ein Kunststoff (Terpolymer). Das ABS-Filament ist in zwei verschiedenen Durchmessern erhältlich, 1,75 mm und 2,85 mm, sowie in verschiedenen Farben: Blau, Gelb, Orange, Rot, Lila, Violett, Hellgrün, Dunkelgrün, Schwarz, Weiß, Braun, Neon Grün, Pink, Silber, Gold, Bronze und Natur. Die Filamente sind sehr hitzebeständig und müssen daher bei einer Drucktemperatur zwischen 220 – 260 °C und bei einer beheizten Bodenplatte verarbeitet werden. Die ABS Filamente sind in Wasser, Ethanol und Mineralöl unlöslich und in Aceton, Methylethylketon und Dichlormethan löslich. Eine Spule hat ein Gewicht von 1 kg und ein Durchmesser von 200 mm (Kerndurchmesser der Spule: 51,5 mm). Sie lässt sich von allen ABS-kompatiblen 3D-Druckern verarbeiten.

PLA-Filamente

PLA Filamente bestehen aus Polyactide. Diese werden aus chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen gebildet und gehören so den Polyestern. Sie sind biologisch abbaubar und somit besonders umweltverträglich. Wie die ABS Filamente werden auch die PLA-Filamente mit einem Durchmesser von 1,75 mm und 2,85 mm und in den Farben Blau, Gelb, Orange, Rot, Lila, Violett, Hellgrün, Dunkelgrün, Schwarz, Weiß, Braun, Neon Grün, Pink, Silber, Gold, Bronze und Natur angeboten. Die PLA Filamente lassen sich bei einer Drucktemperatur zwischen 210 °C und 225 °C bei einer beheizbaren Bodenplatte verarbeiten. Das Besondere an diesen Filamenten ist, dass sie keine Feuchtigkeit aufnehmen und dennoch biologisch abbaubar sind. Die PLA-Filamente lassen sich von allen Desktop 3D-Druckern mit dem Fused Deposition Modeling Druckverfahren verarbeiten.

Spezial Filamente

Die zwei Spezialfilamente bestehen aus ASA und PMMA.

ASA steht für Acrylester-Styrol-Acrylnitrit und ist auch ein Terpolymer. Es ähnelt dem ABS-Filament, ist jedoch viel witterungsbeständiger und schlagzäher. Die Schlagzähigkeit ist eine Maßzahl für die Beständigkeit eines Werkstoffes, um genau zu sein, wird angegeben welche Stoßenergie sie absorbieren können, ohne zu brechen. Sie nehmen keine Feuchtigkeit auf und sind besonders beständig gegen wässrige Chemikalien und Licht. Das ASA ist kratz- und abriebfest, wodurch es sich erstklassig für bewegliche Teile eignet. Das Filament kann ebenfalls mit einem Durchmesser von 1,75 mm oder 2,85 mm geliefert werden. Derzeit gibt es dieses Filament nur in der Farbe Schwarz. Das Material kann bei einer Temperatur von 240 – 270 °C auch bei unbeheizter Bodenplatte verarbeitet werden.

PMMA Filamente werden ebenfalls mit den Durchmessern 1,75 mm und 2,85 mm angeboten. Sie können die Filamente in Schwarz oder Transparent erwerben. PMMA steht für Polymethylmethacrylat und ist auch unter Acrylglas oder Plexiglas bekannt. Der thermoplastische Kunststoff ist hitzebeständig und formstabil. Er nimmt kein Wasser auf und hat einen festen Aggregatzustand. Die Drucktemperatur liegt zwischen 230 °C und 250 °C.

Fishbox

Normalerweise werden 3D-Filamente in einer Verpackung aus Pappe geliefert. Da einige Filamente aber lichtempfindlich sind und Feuchtigkeit ziehen, ist diese Verpackungsart nicht optimal. Daher ist die innovative Verpackung „Fishbox“ von Avistron sehr hilfreich. Sie ist luftundurchlässig und schützt vor UV-Bestrahlungen, wodurch die Filamente eine lange Lebensdauer und eine konstante Druckqualität aufweisen.

Fishbox mit Filamenten von Avistron

Was muss ich beim Kauf von Filamenten beachten?

Sie müssen drei Dinge beachten, wenn Sie ein 3D Filament kaufen möchten: Durchmesser, Material und Farbe. Achten Sie dabei auf die Angaben des 3D-Drucker Herstellers. 3D-Drucker unterstützen meistens nur bestimmte Größen und Materialien.

ABS oder PLA?

Die Frage kann nicht konkret beantwortet werden. ABS-Filamente sind etwas stabiler und hitzebeständiger. Die Haftungseigenschaften sind jedoch nicht so gut, weswegen eine beheizbare Bodenplatte zu empfehlen ist. Da ABS acetonlöslich ist, lassen sich Unebenheiten und Oberflächenschäden einfach mit Aceton beheben. PLA-Filamente lassen sich dafür leichter verarbeiten und sind umweltfreundlicher. Dabei wird zum Beispiel auch keine Bodenplatte benötigt. Allerdings ist PLA anfällig für Feuchtigkeit, Sonnenlicht und Überhitzung. PLA-Drucke benötigen nicht so häufig eine Nachbearbeitung, da die Oberfläche glatter ist.

Durchmesser von 1,75 oder 2,85 mm?

Die Frage sollte sich nur bedingt stellen. Einige Drucker unterstützen nur einen Durchmesser und folglich sollten Sie auch bei diesem bleiben. Allgemein lässt sich jedoch sagen, dass 1,75 mm dicke Filamente flexibler und beweglicher sind. Außerdem wird damit der Extruder nicht so stark belastet, da es einen geringeren Staudruck gibt.

Zukunft der 3D-Drucker bei OFFICE Partner

Wir freuen uns, dass wir Ihnen seit dieser Woche 3D-Drucker und Filamente anbieten können. Wir blicken erwartungsfreudig in Richtung 3D-Druck und werden die Thematik weiterverfolgen. Wir sind gespannt wie sich die Branche entwickeln wird.

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