3D-Druck - Von der Idee zum realen Modell

Seit einiger Zeit verfügt der Fachbereich Management, Information, Technologie der Jade Hochschule über einen 3D-Drucker. Hiermit lassen sich innerhalb kürzester Zeit die digital erstellten Entwürfe in ein reales Kunststoff-3D-Modell umsetzen.
Die physischen Modelle werden direkt aus den Entwürfen gedruckt, die die Studierenden mit Hilfe von CAD-Software angefertigt haben.

Das Ausgabegerät bei diesem automatisierten Verfahren ist ein so genannter 3D-Drucker. Der „druckt“ anhand der 3D-Daten aus dem CAD-Entwurf ein Modell und übernimmt damit letztendlich die gleiche Funktion wie der 2D-Drucker, der die Wörter und Bilder auf Papier bringt, die auf dem Computerbildschirm angezeigt werden. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass ein 3D-Drucker aus Kunststoffmaterial dreidimensionale physische Modelle aufbaut.
Schneller als mit dem 3D-Druck lassen sich entwurfsgetreue Prototypen nicht herstellen. Zudem sind beim Vormarsch der 3D-Drucker Parallelen zum 2D-Drucker zu erkennen: Die Geräte werden leistungsfähiger, die Preise fallen, und die Geräte werden auf den Einsatz in Unterrichtseinrichtungen getrimmt.
Es macht den Studierenden Spaß, dabei zuzusehen, wie ihre Entwürfe Realität werden. Sie sind von der Technologie fasziniert. Schließlich können Sie damit Teile herstellen, für die ihnen ansonsten die Zeit oder die handwerklichen Fähigkeiten gefehlt hätten.
Prof. Dr. Christoph Wunck: „Das System hat uns sofort überzeugt. Wir wollten kein Gerät, das Staub ansetzt, weil es zu kompliziert, langsam und teuer ist. Der neue 3D-Drucker dagegen wird von Studierenden und Mitarbeitern häufig und gern benutzt.“
Da das Material eine sehr hohe Festigkeit aufweist, lassen sich damit auch Funktionsmodelle und Werkzeuge herstellen, die ansonsten durch externe Firmen angefertigt oder teuer eingekauft werden müssten. Auch in der Zusammenarbeit mit den Entwicklungsabteilungen einiger Firmen hat der Drucker schon wertvolle Dienste erwiesen.

3D-Drucker als Bindeglied zwischen Entwicklung und Produktion
Durch die immer kürzeren geforderten Entwicklungszeiten müssen Ideen und Konzepte schneller überprüft und getestet werden. Die 3D-Drucker Technologie kann das in folgenden Punkten unterstützen:

  • Beschleunigung der Entwicklungszyklen – Ideen können als Funktionsmuster in frühen Stadien der Entwicklung auf deren Funktion und Genauigkeit überprüfen.
  • Kommunikation – Nichts erklärt eine neue Idee so gut und genau wie ein dreidimensionales Modell.
  • Kreativ zu besseren Produkten – Entwickler haben die Möglichkeit verschiedene Konzepte innert kürzester Zeit als Modell zu betrachten und miteinander zu vergleichen.
  • Kostenersparnis – Die überproportional hohen Änderungskosten in den letzten Stadien der Produktentwicklung können durch vorgängig erzeugte 3D-Printermodelle reduzieren bzw. vermeiden.

Zum Hintergrund
Das 3D„Drucken“
Die 3D-Printer Technologie ist ein Rapidprototypingverfahren welches das Erzeugen von Modellen direkt ab CAD-Daten ermöglicht. Ein Modell wird aus stabilem und haltbarem Thermoplast (ABS) oder anderen Polymeren Schicht für Schicht von unten nach oben aufgebaut.

Wo notwendig wird der Modellaufbau durch eine Stützkonstruktion unterstützt.

Das FDM-Verfahren
Das „Baumaterial“ sowie das „Stützmaterial“ sind in Drahtform in handlichen Kassetten aufgewickelt. Der Draht wird dem Druckkopf zugeführt und verflüssigt. Anschließend wird das Material in 0,25mm dünnen Schichten Spurweise durch die Düse aufgetragen. Die Stützkonstruktion kann nachträglich weggebrochen oder im Laugenbad ausgeschwemmt werden.
Zum Material
Das Material ABS, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat, ist ein synthetisches Terpolymer aus den drei unterschiedlichen Monomerarten Acrylnitril, 1,3-Butadien und Styrol und gehört zu den amorphen Thermoplasten.

Das PolyJet-Verfahren
Der PolyJet-3D-Druck funktioniert ähnlich wie der Tintenstrahldruck. Statt jedoch Tintentropfen auf Papier zu sprühen, sprühen PolyJet-3D-Drucker Schichten aus vernetzbarem, flüssigen Fotopolymer auf eine Bauplattform. Das Polymer wird sofort mit UV-Licht ausgehärtet. Das Stützmaterial kann einfach mit Wasser ausgewaschen werden.