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2012 | Buch

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3D-Druck/Rapid Prototyping

Eine Zukunftstechnologie - kompakt erklärt

verfasst von: Petra Fastermann

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : X.media.press

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Eigene dreidimensionale Objekte entwerfen und sich diese schnell und preisgünstig in Kunststoff, Metall oder Keramik herstellen zu lassen – solche Möglichkeiten wären vor wenigen Jahren noch kaum vorstellbar gewesen. Inzwischen hat jeder, der in einem CAD-Programm ein Volumenmodell zeichnen kann, die Möglichkeit, sich bei einem Dienstleister für 3D-Druck zu einem vertretbaren Preis seine selbst entwickelten Objekte ausdrucken zu lassen. 3D-Druck ist eine Zukunftstechnik, die immer mehr zur Verwirklichung von kreativen Ideen genutzt wird. Selbst die Maschinen für den 3D-Druck werden zusehends bürotauglicher und einfacher zu bedienen. Wer nicht gerade ein ganzes Fahrrad drucken möchte, kann inzwischen einen 3D-Drucker, der nicht viel mehr Platz einnimmt als ein gewöhnlicher Desktop-Printer, in seinem Büro betreiben. Die Grundidee dieses Buchs ist es, möglichst umfassend über diese spannende Zukunftstechnologie des 3D-Drucks/Rapid Prototyping zu informieren. Die Autorin möchte den Leser bei seinen eigenen Bestrebungen, für sich selbst das richtige CAD-Programm oder das geeignete Druckverfahren zu finden, mit Tipps und Hinweisen unterstützen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Abstract

Zunächst einmal: Vielen Dank dafür, dass Sie sich für dieses Buch über 3D-Druck/Rapid Prototyping entschieden haben.

Eigene dreidimensionale Objekte entwerfen und sich diese schnell und preisgünstig in Kunststoff, Metall oder Keramik herstellen zu lassen – solche Möglichkeiten wären für Privatpersonen vor wenigen Jahren noch kaum vorstellbar gewesen. Inzwischen hat jeder, der in einem CAD-Programm ein Volumenmodell zeichnen kann, die Möglichkeit, sich bei einem der immer zahlreicher werdenden Dienstleister für 3D-Druck zu einem vertretbaren Preis seine selbst ersonnenen und entwickelten Objekte ausdrucken zu lassen.

3D-Druck ist eine moderne Technologie, welche lange Zeit überwiegend Firmen vorbehalten war, die aber mehr und mehr von Privatpersonen zur Verwirklichung ihrer kreativen Ideen genutzt wird.

Selbst die Maschinen, welche diese Objekte herstellen können, werden nicht nur erschwinglicher, sondern auch immer bürotauglicher und einfacher zu bedienen. Wer nicht gerade ein ganzes Fahrrad drucken möchte, kann inzwischen einen 3D-Drucker, der nicht viel mehr Platz einnimmt als ein gewöhnlicher Desktop-Printer, in seinem Büro oder sogar in seiner Wohnung betreiben.

Die Grundidee dieses Buchs ist es, Sie einerseits möglichst umfassend über diese spannende Zukunftstechnologie des 3D-Drucks/Rapid Prototyping zu informieren. Andererseits möchte ich Sie auch bei Ihren eigenen Bestrebungen, für sich selbst das richtige CAD-Programm oder das geeignetste Druckverfahren zu finden, mit Tipps und Hinweisen unterstützen und zum Ziel führen. Ich habe dabei versucht, eine möglichst ausgeglichene Balance zwischen Theorie und Praxis zu finden.

Zu Grunde gelegt habe ich dabei genau das, was ich selbst gern gewusst hätte, als ich begann, mich intensiv mit 3D-Druck zu beschäftigen. Das habe ich versucht, für Sie verständlich und strukturiert zusammenzufassen.

Petra Fastermann

2. Kurzer Abriss der Geschichte des modernen Prototypenbaus

Abstract

Zunächst ein paar Worte zum modernen Prototypenbau: Als Rapid Prototyping wurden in den 1980er Jahren Fertigungsverfahren bekannt, mit denen CAD-Daten möglichst ohne manuelle Umwege oder teure Formen direkt und schnell in Werkstücke oder Muster umgesetzt werden können.

Diese Verfahren sind üblicherweise Urformverfahren, die das Objekt schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material aufbauen. Dazu werden physikalische und/oder chemische Effekte genutzt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der werkzeuglosen Fertigung.

Unter dem Oberbegriff Urformen werden nach der DIN 8580 alle Fertigungsverfahren zusammengefasst, bei denen aus einem formlosen Stoff ein fester Körper hergestellt wird.

Das Urformen wird genutzt, um die Erstform eines geometrisch bestimmten, festen Körpers herzustellen und den Stoffzusammenhalt zu schaffen. Bekannte Urformverfahren sind neben dem Rapid Prototyping der Metallguss, der Kunststoffspritzguss, das Gießen mit chemisch aushärtenden Harzen und das Sintern.

Im Gegensatz dazu stehen abtragende Verfahren, spanabhebend beispielsweise das Fräsen und Drehen oder verdampfend das Funkenerodieren. Bei diesen Verfahren wird zur Formgebung Material entfernt. Natürlich finden diese Herstellungsverfahren auch im Prototypenbau Anwendung. Sie sollen aber nicht Gegenstand dieses Buchs sein.

Kurz gesagt: Rapid Prototyping ist ein Fertigungsverfahren zur schnellen und preisbewussten Herstellung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten auf der Grundlage von 3D-CAD-Modellen.

Es wird als generatives Fertigungsverfahren bezeichnet, was bedeutet, dass die Fertigung direkt auf der Basis der rechnerinternen Datenmodelle erfolgt. Da die Rapid-Prototyping-Verfahren ohne eine Gussform oder spezielle Werkzeuge auskommen, ist deshalb oft von einer werkzeuglosen Fertigung die Rede.

Der Grundgedanke beim Rapid Prototyping ist immer, dass durch den schichtweisen Aufbau von Bauteilen das Objekt durch die einzelnen Schichten generativ hergestellt wird. Schicht für Schicht verfestigt sich ein formloses Bau-Material durch Zufuhr von Energie – zum Beispiel durch einen Laserstrahl.

Die einzelnen Schichten werden so miteinander verbunden und formen nach und nach das fertige Objekt. Es gibt auch Verfahren, bei denen die einzelnen Schichten durch dünne Materialien, wie Papier, mit einem Klebstoff verbunden werden.

Petra Fastermann

3. Grundlagen und Hintergrund zum 3D-Druck

Abstract

Grundlage für den 3D-Druck ist immer eine am Computer zuvor erstellte dreidimensionale CAD-Zeichnung, die ein Volumenmodell sein muss. Ein Volumenmodell, wie in Abb. 3.1 dargestellt, beschreibt die gesamte Oberfläche eines Objekts, im Gegensatz dazu sind in einem Netz nur die Kanten beschrieben.

Petra Fastermann

4. 3D-Druck für alle

Abstract

Der Wunsch, eigene Ideen dreidimensional mit Hilfe von 3D-Druck umzusetzen, wird eine immer größer werdende Öffentlichkeit finden. Jedoch werden nicht nur Technik-affine Personen wie zum Beispiel Ingenieure oder Modellbauer sich für dieses Verfahren begeistern. Deshalb wird es zunehmend wichtiger werden, dass die zur Verfügung stehenden Design-Tools einfach zu bedienen sind. Nicht jeder hat Lust und Zeit, ein professionelles CAD-Programm zu erlernen.

Petra Fastermann

5. 3D-Druck in praktischen Anwendungsbereichen

Abstract

Im vorangehenden Absatz bin ich auf das Kunstprojekt von Karin Sander eingegangen – im Zusammenhang mit 3D-Scannen, weil es sich meiner Ansicht nach so anbot und gut passte. An diese Stelle hätte es auch gepasst. In der Kunst wird 3D-Druck in der Zukunft kaum mehr wegzudenken sein.

Manche Künstler experimentieren schon mit sehr ungewöhnlichen Druck-Materialien. Die aus den Niederlanden stammende Rotterdamer Künstlerin und Designerin Wieki Somers hat mit menschlicher Asche als Material 3D-Druck-Kunstwerke geschaffen. Bei der Ausstellung „In Progress“ im Jahr 2010 in der belgischen Galerie Grand Hornu Images stellte sie unter dem Projektnamen „consume or conserve“ drei Objekte vor, die aus der Asche von drei Verstorbenen gedruckt worden waren: einen Toaster, einen Staubsauger und eine Personenwaage.

Diese Objekte wurden im Stil von Vanitas-Stillleben 3D-gedruckt: Auf der Waage liegen Honigwaben, auf dem Toaster sitzt ein Vogel. Wenngleich diese Skulpturen von der Öffentlichkeit zum Teil als Provokation wahrgenommen wurden, war der Hintergrund doch, dass sie zur Nachdenklichkeit anregen sollten – Gebrauchsgegenstände der Konsumgesellschaft aus menschlicher Asche, kombiniert mit Vergänglichkeitsmotiven.

Petra Fastermann

6. Ausblick: 3D-Druck als Zukunftstechnologie

Abstract

Was es durch dreidimensionale Herstellungsverfahren an Möglichkeiten gibt oder geben kann, schreibt das britische Wochenmagazin „The Economist“ schon Anfang 2011 (Ausgabe: 12. – 18. Februar 2011). Der „Economist“ geht so weit, 3D-Druck mit der industriellen Revolution des späten 18. Jahrhunderts zu vergleichen – insofern als Wirtschaft und Gesellschaft sich durch die Möglichkeit der Massenproduktion von Produkten grundlegend veränderten.

Dieser Vergleich wird mittlerweile in den Medien immer öfter genannt.

In den USA forderten Wissenschaftler bereits im Jahr 2010, dass jede amerikanische Schule ein eigenes 3D-Druck-Labor erhält, so zum Beispiel Hod Lipson und Melba Kurman in einem vom US Office of Science and Technology Policy in Auftrag gegebenen Wissenschaftsbericht „Factory @ Home: The Emerging Economy of Personal Fabrication, Overview and Recommendations“, Dezember 2010.

Dass man dieser Forderung nach und nach entgegenkommen möchte, ist in den Vereinigten Staaten inzwischen eine beschlossene Sache: Der amerikanische 3D-Drucker-Hersteller Stratasys wurde ausgewählt, um High Schools mit Rapid-Prototyping-Maschinen auszustatten.

Petra Fastermann

7. Messen, die Sie interessieren könnten

Abstract

Alljährlich findet in Frankfurt am Main die EuroMold statt – die Weltmesse für Werkzeug- und Formenbau, Design und Produktentwicklung. Diese Messe, veranstaltet von der DEMAT GmbH, gilt als deren größte Veranstaltung. Im Jahr 2011 (Ende November bis Anfang Dezember) zeigten dort bei der 18. EuroMold an den vier Messetagen 1.324 Aussteller aus 38 Ländern ihre Produktentwicklungen. Mit fast 58.000 Besuchern aus 97 Nationen schloss die EuroMold im Jahr 2011 ab.

Durch das Konzept „Vom Design über den Prototyp bis zur Serie“ greift die EuroMold zwei wesentliche Aspekte auf: Zum einen die Aufgliederung der Prozesskette in einzelne Bereiche und zum anderen die Vernetzung entlang dieser Prozesskette. Die Vernetzung von strukturierter Information schafft wiederum Synergieeffekte und damit neue Absatzmärkte.

Nach Aussage der Veranstalter schließt das Messekonzept der EuroMold die Lücke zwischen Industriedesignern, Produktentwicklern, Verarbeitern, Zulieferern und Anwendern. So zeigt sie Wege für eine schnellere, kostengünstigere und effizientere Entwicklung neuer Produkte auf.

Petra Fastermann

8. Rapid-Prototyping-Verfahren: eine Übersicht

Abstract

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht zu Rapid-Prototyping-Verfahren. Einige davon habe ich an früheren Stellen in diesem Buch schon erwähnt – und dabei Objekte, die mit ihrer Hilfe hergestellt wurden, genannt.

Ich gehe dabei so vor, dass ich das Verfahren zunächst definiere und bei einigen Verfahren auch Beispiele nenne, die damit gedruckt wurden. Anschließend erfahren Sie Details über die Werkstoffe, mit denen bei dem beschriebenen Verfahren produziert werden kann.

Zum Schluss gebe ich noch eine Einschätzung zu dem Verfahren: wofür es sich gut eignet und wofür weniger gut. Hier können auf Grund der jeweils geltenden Anforderungen die Einschätzungen und Präferenzen sicher unterschiedlich sein – ich gebe Ihnen an dieser Stelle meine eigenen Erfahrungen und Kenntnisse aus meinen eigenen Recherchen weiter. Leider ist es wegen der dynamischen Entwicklung auf dem Gebiet des Rapid Prototyping kaum möglich, eine vollständige Liste der Verfahren darzustellen.

Grundsätzlich wird zurzeit grob zwischen drei Verfahrensgruppen unterschieden: a) dem Sinter- oder Pulverdruckverfahren, b) dem Drucken mit flüssigen Bau-Materialien und c) der Stereolitographie, bei welcher das Modell in einem Bad aus einem flüssigen Bau-Material, das bei Belichtung aushärtet, produziert wird.

Die große Anzahl der verschiedenen Verfahren mag zunächst verwirrend und wenig überschaubar wirken. Letztlich funktionieren sie jedoch alle nach einem recht ähnlichen Grundprinzip, dem Schichtbauverfahren.

Petra Fastermann

9. Rapid Prototyping zum Anschauen

Abstract

Es wäre zu aufwendig, alle Hersteller von 3D-Druckern und deren angebotene Maschinen mit den jeweils unterschiedlichen Verfahren in einem Buch dieses Formats umfassend darzustellen. Ich möchte Ihnen an dieser Stelle die Möglichkeit geben, sich ein Bild davon zu machen, dass die Hersteller Drucker anbieten, die mit verschiedenen 3D-Druck-Verfahren arbeiten.

Die Drucker und Druckverfahren stelle ich Ihnen vor, damit Sie einen Einblick bekommen, was im Moment am Markt erhältlich und Stand der Technik ist. Natürlich ist es dabei nicht mein Ziel, bei Ihnen für den einen oder anderen 3D-Drucker eine Präferenz zu erzeugen, was auch auf Grund der unterschiedlichen Anforderungen kaum möglich wäre.

Die Informationen zu den Druckern und die Bilder habe ich von den Unternehmen selbst oder deren Webseiten bezogen. Da ich nicht mit allen Druckverfahren selbst produziert habe, bin ich darauf angewiesen, darauf zurückzugreifen, was mir die Hersteller selbst an Sachinformationen zu ihren Produkten zur Verfügung stellen.

Üblicherweise bietet jeder Hersteller eine Palette an unterschiedlichen Druckertypen an. Da ich unter meiner Leserschaft überwiegend Privatpersonen oder Inhaber/Geschäftsführer kleinerer und mittlerer Unternehmen vermute, lege ich bei den Beschreibungen bei jedem Hersteller den Schwerpunkt auf die Einstiegsklasse der 3D-Drucker. Weil die Preise sich schnell ändern und manchmal Verhandlungssache sind, werden hier keine Preise genannt. Ich wähle lediglich aus dem Sortiment der vorgestellten Hersteller den gegenwärtig preisgünstigsten und außerdem einen möglichst bürotauglichen Druckertyp, um Ihnen einen Überblick über Kaufoptionen zu verschaffen.

Petra Fastermann

10. Rapid-Prototyping-Maschinen: Herstellerverzeichnis

Abstract

Diese Herstellerliste wurde in alphabetischer Reihenfolge nach bestem Wissen zusammengestellt Für die Aktualität aller Angaben übernehme ich wegen des sich rasch verändernden Marktes keine Haftung.

Bei der rasanten Entwicklung im Bereich Rapid Prototyping ist nicht auszuschließen, dass Informationen schnell veralten. Deshalb kann diese Herstellerliste keinen Anspruch auf Vollständigkeit erheben. Haben Sie Ergänzungen, sollte Ihnen ein Fehler auffallen oder sollte sich die Adresse einer Webseite verändert haben, bitte ich Sie darum, mich zu benachrichtigen: Buch@fasterpoly.de

Die Angaben stammen zum Teil von der Webseite 3Druck.com – Das Magazin für 3D Drucktechnologien oder von den Webseiten der Hersteller. Einige Hersteller hatten nur englische Webseiten, von denen ich die Angaben ins Deutsche übersetzt habe. Ich habe die Webadressen der Hersteller für Sie aufgeführt. Wenn ich sowohl eine Webseite in deutscher als auch in englischer Sprache gefunden habe, habe ich die deutsche Adresse bevorzugt. Für tagesaktuelle Informationen besuchen Sie am besten die hier genannten Webseiten der Hersteller.

Die Hersteller arbeiten teilweise mit unterschiedlichen Verfahren und bieten Maschinen für verschiedene Zielgruppen an.

Petra Fastermann

Backmatter

Titel: 3D-Druck/Rapid Prototyping
verfasst von: Petra Fastermann
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-29225-5
Print ISBN: 978-3-642-29224-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-29225-5