Wie funktioniert ein 3D-Drucker

Bevor wir zur Funktionsweise eines 3D-Druckers kommen, klären wir vorerst folgende Frage: Was ist 3D-Druck?

Jeder 3D-Druck beginnt mit einem digitalen 3D-Modell. Ein solches Modell kann mit einem CAD-Programm komplett neu erstellt werden, es kann von einem vorhandenen Objekt stammen (3D-Scan) oder von einer Online-Plattform heruntergeladen werden. Nachdem kontrolliert wurde, ob das Modell druckbar ist, muss dieses digitale 3D-Modell in eine Sprache übersetzt werden, die der Drucker versteht. Dabei wird das Modell in Schichten «geschnitten» und für den Drucker in X- und Y-Koordinaten umgewandelt. Danach kann der 3D-Druck gestartet werden. Der 3D-Drucker beginnt nun das Objekt Schicht für Schicht zu drucken. Dabei legt er die einzelnen Schichten aufeinander und verschmilzt diese miteinander, bis das Objekt vollständig ist.

Nun zur Hauptfrage: Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Die sich in alle Richtungen bewegende Düse ist das Herzstück eines jeden 3D-Druckers. Aus dieser Düse kommt das weiche Druckmaterial heraus, welches vom Extrudermotor in die Düse geschoben wird. Der Druckkopf bewegt sich dann entlang der gewünschten Form und hinterlässt überall dort das flüssige Filament, wo das Objekt Material benötigt. Dieser Prozess findet so lange statt, bis jede Schicht gedruckt ist und der 3D-Druck vollendet ist. Dann kann das dreidimensionale Objekt von der Druckplattform entfernt werden.

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Druckverfahren vom 3D-Drucker

Im Bereich des 3D-Drucks gibt es sehr viele unterschiedliche Technologien. Allen gemeinsam ist jedoch die Tatsache, dass ein Modell schichtweise aufgebaut wird. Die folgende Liste zeigt einige der am häufigsten verwendeten Verfahren:

  1. Fused Filament Fabrication (FFF, deutsch: Schmelzschichtung)
    FFF ist ein Fertigungsverfahren bei dem ein schmelzfähiger Werkstoff, wie beispielsweise die termoplastischen Kunststoffe PLA oder ABS, verwendet werden.
  2. Stereolithografie (SLA)
    Bei SLA wird mit flüssigem, lichtempfindlichem Epoxydharz gearbeitet. Dieses wird bei Belichtung ausgehärtet.
  3. Selektives Lasersintern (SLS)
    Hierbei wird mit einem Laserstrahl ein 3D-Modell aus einem pulverförmigen Werkstoff aufgebaut. Dabei schmelzen die einzelnen Körner des Pulvers zusammen.
  4. Selektives Laserschmelzen (SLM)
    Auch bei diesem Verfahren wird ein Laser und Pulver verwendet. Das Pulver wird bei diesem Vorgang komplett verflüssigt und eine Materialdichte von mehr als 99% erreicht.

Wir von Swiss 3D Tec AG sind spezialisiert auf das Druckverfahren FFF. Häufige Anwendung finden bei uns aber auch SLA, SLS und SLM. Bei Bedarf bieten wir aber auch noch andere Druckverfahren an, die wir gerne bei einem ersten Gespräch mit Ihnen besprechen werden.

Ein 3D Drucker besteht aus

Die wichtigsten Komponenten eines 3D Druckers

Anhand unseres “DM3” erklären wir Ihnen die wichtigsten Bestandteile eines jeden 3D Druckers. Wenn Sie im Bild links mit der Maus über die blauen Punkte fahren, erscheint ein Pop-Up mit detaillierten Informationen.

Extruder
Der Extruder ist eines der wichtigsten Komponenten eines 3D Druckers und besteht aus zwei Teilen: dem Druckkopf und der Fördereinheit.

Druckkopf
Der Druckkopf (hot end) schmilzt das Material und gibt es dann als dünnen Strang wieder aus. Im Druckkopf sind Druckdüsen integriert. Diese sind in verschiedenen Grössen verfügbar. Die Druckdüsen üben einen direkten Einfluss auf die Schichtdichte aus.

Fördereinheit
Die Fördereinheit ist der zweite Bestandteil des Extruders. Durch sie wird das Verbrauchermaterial vorwärtsbewegt.

Filament Zuführschlauch
Über diese Komponente des 3D Druckers, auch Bowdenschlauch genannt, gelangt das Filament in den Druckkopf. Er sorgt für eine reibungslose Zufuhr des Filaments, ohne Verknotungen oder Ähnliches befürchten zu müssen.

Bedienelement
Das Display ist bei jedem 3D Drucker anders gestaltet. Wichtig bei allen ist jedoch, dass es logisch aufgebaut und strukturiert, ansprechend gestaltet und einfach bedienbar ist. Zudem sind die neusten 3D Drucker allesamt mit Touchscreen Display ausgestattet. Über das Bedienelement können essentielle Einstellungen vorgenommen und den 3D Druck gestartet werden.

Druckplatte
Auf der Druckplatte werden die 3D Drucke platziert. Dabei gibt es solche mit oder ohne Beheizung. Bei den meisten 3D Druckern sorgt die Auf- und Abwärtsbewegung der Druckplatte für einen reibungslosen Ablauf des Drucks.

Rahmen
Der Rahmen kann aus unterschiedlichen Materialien sein wie beispielsweise Stahl, Glas oder Plastik. Er dient zum Schutz der Bestandteile des 3D Druckers. Auch die teilweise sehr kleinen und zerbrechlichen 3D Drucke werden durch den Rahmen geschützt.

X/ Y/ Z-Achsen
Erst durch die dreidimensionale Motorbewegung entsteht ein 3D Drucker. Es gibt den RepRap-Style-3D Drucker, beim dem sich der Druckkopf nur nach links und rechts bewegt, und die Vor- und Zurück-Bewegung durch die Druckplatte stattfindet.
Eine weitaus mehr verbreitete und traditionellere Methode ist die Bewegung in der X- & Y-Ebene. Der Druckkopf bewegt sich nach rechts, links, hinten und vorne. Das Druckbett übernimmt durch eine Absenkbewegung ausschliesslich die Bewegung entlang der Z-Achse.

X-Y-Z-Achse beim DM3

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Auf der folgenden Seite zeigen wir Ihnen die möglichen Anwendungsbereiche eines 3D Druckers.