3D-Druckverfahren – Additive Fertigung für den Prototypenbau

 

Für die schnellere und kostengünstigere Entwicklung von zum Beispiel Gehäusen, Halterungen und komplexen Bauteilen für die EnviroTechForge-Produktentwicklungen wurde sich für das 3D-Druckverfahren bzw. das additive Fertigungsverfahren entschieden. Hierbei werden Materialien in einem dreidimensionalen Raum Schicht für Schicht aufgetragen.

 

Die Vorteile beim 3D-Druckverfahren sind…

 

...umweltfreundliche Aspekte: Ressourcensparender Materialverbrauch, da Materialien aus Vollmaterial mit großen Hohlräumen einen großen Materialverschnitt verursachen würden. Während dem Verfahren werden keine Kühl- und Schmiermittel verwendet, die die Umwelt belasten können. Zudem entstehen keine Emissionen durch Transporte, da das Produkt schnell digital versandt und direkt vor Ort ausgedruckt werden kann.

 

technische Aspekte: Man benötigt keinen Maschinenpark von z. B. Bohrmaschinen, Fräsmaschinen, Drehmaschinen und Schleifmaschinen, um eine Fertigung der benötigten Komponenten zu realisieren. Dabei fallen die sogenannten „Zerspanungsverfahren“ weg. Dies spart nicht nur Kosten in der Beschaffung der Maschinen, sondern auch Zeit, da kein Know-How in den verschiedenen Fertigungsverfahren erarbeitet werden muss. Es ist möglich, mit dem 3D-Druckverfahren komplexe und in sich geschlossene Bauteile herzustellen, die mit den reinen Zerspanungsverfahren nicht möglich wären.

 

kreaktive Aspekte: Der Entwicklung von Produkten mit dem 3D-Drucker sind kaum Grenzen gesetzt, bzw. in unserem Fall deckt diese komplett unseren Prototypenbau ab. Zudem lassen sich Ideen schnell digital teilen und das Produkt kann überall auf der Welt ausgedruckt und unter realen Bedingung erprobt werden.

 

Der aktuell größte Nachteil am 3D-Druck ist die Fertigstellungszeit, bis ein Ausdruck hergestellt wurde.

 

Abbildung 1: gedruckter "Raspberry Pi Case" mit EnviroTechForge Logo
Abbildung 1: gedruckter "Raspberry Pi Case" mit EnviroTechForge Logo

Wie wird ein Bauteil mit dem 3D-Drucker hergestellt?

 

Im ersten Schritt benötigen wir ein dreidimensionales digitales Modell. Dieses kann mit den unterschiedlichsten 3D-Zeichnungsprogrammen hergestellt werden. Dieses Modell kann z. B. in einem STL-Datenformat abgespeichert werden, das zu einem der gängigsten 3D-Datenmodellen gehört.

Abbildung 2: 3D CAD Programm für 3D Modellierung
Abbildung 2: 3D CAD Programm für 3D Modellierung

 

Im zweiten Schritt wird diese 3D-Datei mit einem entsprechenden Slicer-Programm, das kompatibel zum 3D-Drucher ist, in ein sogenannten G-Code umgewandelt. Im Slicer-Programm können Bewegungsabläufe, Temperatureinstellungen von Heizbett und Extruder u.v.m. vorgenommen werden, damit der 3D-Drucker das Bauteil möglichst optimal herstellen kann.

Abbildung 3:  Slicer-Software vom 3D-Drucker mit mehrfarbigen 3D-Bauteil
Abbildung 3: Slicer-Software vom 3D-Drucker mit mehrfarbigen 3D-Bauteil

 

Im dritten Schritt wird der generierte G-Code in die Steuerung des 3D-Drucker überführt. Dies kann z. B. über eine SD-Karte oder über eine Direktverbindung zwischen Slicer und 3D-Drucker erfolgen. Der G-Code ist übrigens lesbar, besonders für gelernte CNC-Programmierer, da dieser dem G-Code aus der CNC-Welt gleicht. Damit ist es z. B. möglich, schnell den Extruder oder die Geschwindigkeit vor dem Druck anzupassen, ohne das Programm mit dem Slicer-Programm neu zu generieren.

Abbildung 4: G-Code Datei geöffnet in einem Text-Editor
Abbildung 4: G-Code Datei geöffnet in einem Text-Editor

 

Wie können verschiedene Farben oder Materialien in einem Produkt gedruckt werden?

 

Es gibt einmal den kompletten „manuellen Filamentwechsel“, bei dem der Drucker bei einem Farb-/Materialwechsel pausiert und der Extruder von Hand ent- und neu beladen wird. Es gibt 3D-Drucker mit mehreren Extrudern, somit können – entsprechend der Extruderanzahl – verschiedene Farben und/oder Materialien gedruckt werden. Hier ist jedoch darauf zu achten, dass die Z-Höhen der Düsen genau referenziert sind.

Wir setzen selber auf einen „automatischen Filamentwechsel“, in dem eine Zuführeinheit bis zu fünf verschiedene Materialien vollautomatisch drucken kann. Damit ist es möglich z. B. auch unser mehrfarbiges Logo auf den Produkten abzubilden.