Der 3D-Druck ist keine neue Technologie. Er wird seit 30 Jahren in der Industrie eingesetzt. In der heutigen Welt ermöglichen jedoch der industrielle 3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, und fortschrittliche CNC-Bearbeitung den Herstellern, Prototypen wesentlich schneller zu erstellen und bei Bedarf eine gute Leistung zu erzielen.
Die additive Fertigung (AM) kann in allen Schritten des Herstellungsprozesses eingesetzt werden, von der Erstellung von Prototypen über die Produktion von Hilfswerkzeugen wie Vorrichtungen und Spannvorrichtungen bis hin zur Fertigung von Endteilen.
Visuelle Prototypen
Als der 3D-Druck erfunden wurde, wurde er als Rapid Prototyping bezeichnet, eine Methode zur Automatisierung und Reduzierung des Arbeitsaufwands, der für die Erstellung eines Prototypmodells zur Designvalidierung erforderlich ist. Seitdem hat er in einer Reihe anderer Anwendungen Verwendung gefunden, aber die Technologie wird immer noch häufig zur Erstellung visueller Modelle und funktionaler Prototypen eingesetzt.
Für die Herstellung visueller Modelle hat sich der 3D-Druck weiterentwickelt. Obwohl es möglich ist, hochdetaillierte Drucke mit Technologien wie Stereolithographie (SLA) zu erstellen, können der Vollfarb-3D-Druck mit Binder-Jetting, der Papier-3D-Druck und das Material-Jetting eine Lebendigkeit erreichen, die mit anderen Technologien unmöglich ist.
ColorJet-Druck
ColorJet Printing (CJP), eine Binder-Jetting-Technologie von 3D Systems, beinhaltet das Auftragen eines flüssigen Bindemittels und von CMYK-Tinten auf ein Bett aus Gips-Pulver, was zur Schaffung von vollfarbigen, sandsteinähnlichen Modellen führt. Obwohl der Prozess anders ist, geht PolyJet von Stratasys noch einen Schritt weiter mit der Fähigkeit, physikalische Eigenschaften wie Flexibilität und Transparenz zu verändern. PolyJet ist eine Material-Jetting-Technologie, die fotovernetzbaren Harze aufträgt, die dann mit einer UV-Lampe gehärtet werden.
Mcors Papier-3D-Drucker
Die Papier-3D-Drucktechnologie von Mcor ist nicht in der Lage, die gleiche geometrische Komplexität zu erreichen, aber die Teile werden aus Papier hergestellt, was sie umweltfreundlich macht. Bei diesem Verfahren wird CMYK auf weißes Papier aufgetragen, das dann auf die vorherige Schicht geklebt und mit einer Wolframkarbidklinge geschnitten wird.
Funktionale Prototypen
Für die Funktionsprüfung eines Designs ist die Farbqualität möglicherweise nicht so wichtig. Beispielsweise könnte das Testen eines Filmscharniers das 3D-Drucken mit einem langlebigen Thermoplasten wie Nylon oder mit einem gummiartigen Photopolymer erfordern, das mit Material-Jetting- oder Vat-Photopolymerisations-Technologien wie SLA oder Digital Light Processing (DLP) gedruckt wird. Für Windkanaltests funktionieren eine Reihe von Technologien, aber das Teil muss so nachbearbeitet werden, dass die aerodynamischen Eigenschaften eines Teils nicht durch die im 3D-Druckprozess entstandenen Rillen beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund könnte eine hochauflösende Technologie bevorzugt werden.
Alta Motors vollelektrische Motorräder
Alta Motors ist ein Hersteller von Elektromotorrädern, der damit begonnen hat, den 3D-Druck zur Prototypenentwicklung von Teilen für seine Motorräder einzusetzen. Bei der Entwicklung des Redshift-Motorrads des Unternehmens wandte sich Alta Motors an den 3D-Druckdienstleister The Technology House (TTH), um schnell funktionale Prototypen für Teile zu erstellen, die in Massenfertigung hergestellt werden sollten. TTH setzte auf Continuous Liquid Interface Production (CLIP), ein ultraschnelles 3D-Druckverfahren von Carbon, um eine Reihe von Teilen im 3D-Druck herzustellen.
Werkzeuge
Wenn ein Design von der Konzeptphase in die Produktionsphase übergeht, kann ein Fertigungsbetrieb den 3D-Druck für die Herstellung kundenspezifischer Werkzeuge implementieren, die den Produktionsprozess unterstützen. Dies kann alles umfassen, von Führungen für präzises Bohren, Gesenken zum Formen oder Schneiden des Rohmaterials in eine bestimmte Form und Messwerkzeugen wie Lehren bis hin zu Vorrichtungen und Spannvorrichtungen, die ein Teil an Ort und Stelle halten, während andere Operationen durchgeführt werden.
3D-Druck kann direkt oder indirekt bei der Herstellung von Werkzeugen eingesetzt werden. Im Falle der indirekten Fertigung eines Werkzeugs mit AM kann ein Werkzeug hergestellt werden, indem eine 3D-gedruckte Komponente mit Gummi beschichtet wird, das dann zum Gießen des Werkzeugs selbst verwendet wird.
Wenn Werkzeuge für eine neue Fertigungsaufgabe maßgeschneidert werden, benötigt ein Unternehmen möglicherweise einen externen Dienstleister, der sich auf traditionelle Fertigungstechnologien, wie z.B. CNC-Bearbeitung, verlassen kann, um die Werkzeuge herzustellen. Dieser Prozess kann kostspielig und zeitaufwendig sein, wobei das Unternehmen Wochen bis Monate auf die Lieferung der Werkzeuge warten muss, um überhaupt mit der Fertigung beginnen zu können.
Modelle, Kerne und Formen
Der 3D-Druck wird auch zur Herstellung von Objekten verwendet, die letztendlich in Metall gegossen werden. Im kleinen Maßstab kann dies Wachsausschmelzmodelle für Schmuck und Zahnkronen bedeuten. Im großen Maßstab kann dies die Herstellung von Sandkernen für den Guss kompletter Motorteile bedeuten.
Beim Wachsausschmelzverfahren wird ein Positiv in einem gießbaren Material 3D-gedruckt. Es wird dann in ein spezielles Einbettmaterial getaucht und in einem Ofen ausgebrannt. Das Ergebnis ist eine Form, die mit geschmolzenem Metall gefüllt wird, um ein Metallteil zu erzeugen. SLA-, DLP- und Material-Jetting-Technologien, wie das von Solidscape entwickelte Wachs-3D-Druckverfahren, sind ideal für diesen Prozess, da sie in der Lage sind, fein detaillierte Drucke mit hoher Ausbrennung zu erzeugen.
Für größere Teile können Binder-Jetting-Verfahren, wie die von Voxeljet und ExOne, eingesetzt werden, um Sandkerne und Formen im 3D-Druck zu erstellen. Beim Binder-Jetting wird ein Bindemittel schichtweise auf ein Pulverbett, einschließlich Sand, aufgetragen, bis der Druck abgeschlossen ist. Beim Sandguss kann dieses Objekt dann in einen Formkasten gelegt werden, der mit geschmolzenem Metall gefüllt wird und, sobald er abgekühlt ist, auseinandergebrochen wird, um das endgültige Metallobjekt freizulegen.
Aufgrund der Geschwindigkeit, Qualität und Kosten von AM eignet sich die Technologie am besten für die Herstellung von Spezialteilen in kleineren Chargen und nicht für massenproduzierte Güter. Aus diesem Grund werden Endprodukte, die im 3D-Druck hergestellt werden, in der Regel aus gutem Grund auf diese Weise hergestellt.