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3D-Druck – alles, was du wissen musst

Du hast vom 3D-Druck gehört und willst wissen, was das ist und wie er wirklich funktioniert? Dann bist du hier genau richtig.

Von Gebäuden über Prothesen bis hin zur Luft- und Raumfahrt und sogar Lebensmitteln – der 3D-Druck ist eine sich ständig weiterentwickelnde Fertigungstechnik, die von Tag zu Tag beliebter wird.

Obwohl er noch in den Kinderschuhen steckt, hat der 3D-Druck mit seinen unübertroffenen Vorteilen und seinem erstaunlichen Potenzial die Welt der Fertigung im Sturm erobert.

Egal, ob du ein absoluter Anfänger oder ein erfahrener Profi bist, die folgenden Erklärungen und Tipps zum 3D-Druck werden dir sicher Freude bereiten.

Was ist 3D-Druck?

Beim 3D-Druck werden dreidimensionale Objekte auf der Grundlage eines zuvor entworfenen digitalen Modells erstellt.

Es handelt sich dabei um eine Schichttechnologie, d.h. Produkte werden durch das Drucken von Schichten über Schichten hergestellt, bis das gesamte Objekt geformt ist.

Ganz gleich, ob es sich um ein Kunstwerk, eine architektonische Form, den Prototyp eines Produkts, das du testen willst, ein Wohnaccessoire, ein Autoteil, ein biomedizinisches Gerät, ein Bauteil für die Luft- und Raumfahrt oder sogar ein biologisches Organ handelt – indem du Schicht für Schicht aufbaust, kannst du Produkte mit einem hohen Grad an Komplexität herstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht möglich wären.

Das hängt natürlich von den Grenzen des 3D-Druckers ab, den du verwendest.

Aber es zeigt, wie vielfältig die Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks bereits sind (und in Zukunft sein werden). 3D-Druck wird auch als additive Fertigung (AM) bezeichnet. 

Warum solltest du dich für den 3D-Druck entscheiden und nicht für andere Fertigungsmethoden?

Der 3D-Druck kann nicht nur komplexe Teile herstellen, sondern das auch noch in einem Bruchteil der Zeit und zu deutlich geringeren Kosten als herkömmliche Verfahren wie Schmieden, Gießen und Modellieren.

Interessanterweise werden immer mehr benutzerfreundliche Drucker auf den Markt gebracht, was der nächste Schritt zur Revolutionierung der Produktionswelt ist.

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks?

Hier erfährst du, wie der 3D-Druck dich in deinem Wunsch nach einer besseren Fertigung unterstützen kann.

1. Schnelle Fertigung

Einer der wichtigsten Faktoren in der Fertigung ist die Zeit.

Es ist wichtig, dass die Herstellungszeit so kurz wie möglich ist und die Qualität erhalten bleibt.

Der Druck mit einem passenden 3D-Drucker kann eine Menge Zeit sparen.

Deshalb wird er auch als „Rapid Prototyping“ bezeichnet.

Rapid Prototyping ist im Wesentlichen ein einstufiger Herstellungsprozess, der dazu beiträgt, die Prozesszeit zu minimieren und gleichzeitig die Komplexität, Präzision und Treue des Endprodukts zu erhalten.

Kurz gesagt: Ein Prototyp, der früher Tage (oder sogar Wochen) für die Fertigstellung oder Prüfung brauchte, kann einfach am Morgen in 3D gedruckt, getestet, verändert und am Abend erneut gedruckt werden.

2. Präzise Komplexität und Flexibilität im Design

Herkömmliche Fertigungstechniken schränken die Designfreiheit und Komplexität ein.

Anforderungen wie Hinterschneidungen, Entformungswinkel und Werkzeugzugang schränken den Gestaltungsspielraum ein.

Mit dem 3D-Druck kannst du dieses Problem aufgrund der ihm innewohnenden Schichtbauweise umgehen.

Du brauchst all diese aufwendigen Anforderungen nicht.

Mit dem 3D-Druck kannst du Objekte mit einem hohen Maß an Komplexität und Präzision drucken.

3. Vielseitigkeit und Zugänglichkeit

Eine erstaunliche Eigenschaft von 3D-Druckern ist, dass sie fast überall passen.

  • In deinem Zuhause.
  • In deinem Büro.
  • In deiner Schule.
  • In deinem Labor oder Studio.

Solange du eine Designsoftware und eine Software zum Schneiden auf deinem Computer hast, erledigt dein 3D-Drucker den Rest.

Der 3D-Druck wird von immer mehr Menschen genutzt … Und zwar nicht unbedingt von Profis. Dank seiner Vielseitigkeit und Benutzerfreundlichkeit können ihn auch Laien effektiv nutzen.

4. Persönliche Anpassung

Industrielle Hersteller produzieren ihre Produkte in der Regel in Massenproduktion; Das heißt, sie verwenden dieselben Formen und Designvorgaben, um ihre Produkte zu formen und zu produzieren.

Die Form und das Design des Produkts auch nur geringfügig an bestimmte Kundenbedürfnisse anzupassen, ist mit erheblichem Aufwand und Investitionen verbunden. Der 3D-Druck hingegen bietet unendliche Freiheit und einfache Anpassungsmöglichkeiten.

Verändere deine Designs nach Belieben. Gib jedem Familienmitglied sein eigenes, persönliches Geschenk. Hebe dich von der Masse ab, indem du dein Schmuckdesign gestaltest.

Fertige maßgeschneiderte zahnmedizinische oder medizinische Produkte für deine Kunden an. Die Möglichkeiten sind unendlich.

5. Risikominimierung

Ein essenzieller Schritt beim Bau von Projekten ist das Testen des Prototyps, um das Risiko zu vermeiden, ein fehlerhaftes Produkt herzustellen oder in teure Werkzeuge zu investieren.

Auch hier kommt der 3D-Druck zu Hilfe. Wenn du einen Prototyp druckst und testest, der dem Endprodukt sehr ähnlich ist, kannst du ein hohes Maß an Vertrauen aufbauen, bevor du das große Geld ausgibst.

Herkömmliche Verfahren bestehen aus vielen Fertigungsschritten, um das gewünschte Produkt zu erhalten.

Das birgt ein erhebliches Fehlerrisiko während des Prozesses.

Im Gegensatz dazu ist der 3D-Druck ein einstufiges Fertigungsverfahren, bei dem der Bediener nicht eingreifen muss.

Er hilft dir also, Unsicherheiten zu beseitigen und Fehler auf schnelle und kostengünstige Weise zu reduzieren.

6. Nachhaltigkeit und Abfallreduzierung

Konventionelle Fertigungsmethoden sind per Definition Top-Down-Ansätze.

Sie sind subtraktiv. Um das Produkt zu formen, wird ein Materialblock durchgeschnitten. Dabei werden erhebliche Mengen an unerwünschtem Material entnommen. Dieses unerwünschte Material landet im Abfall.

Ein Teil wird recycelt, aber das kostet Zeit, Mühe und Geld. Im Gegensatz dazu ist der 3D-Druck ein Bottom-up-Ansatz.

Er ist additiv. Es wird nur die Menge an Material verwendet, die für die Herstellung des Teils notwendig ist. Diese Materialien sind außerdem größtenteils recycelbar und wiederverwendbar. Daher entsteht wenig bis gar kein Abfall.

Der 3D-Druck ist zudem relativ energieeffizient.

Der geringere Energieverbrauch und die geringere Abfallerzeugung tragen dazu bei, die Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern und damit den Grad der Nachhaltigkeit zu erhöhen.

7. Kosteneffizienz

Dies ist wohl die herausragendste Eigenschaft des 3D-Drucks.

Die Kosten, die Unternehmen und Einzelpersonen bei der Verwendung traditioneller Fertigungstechniken entstehen, sind sehr hoch.

Stell dir das vor.

  • Die ganze Werkzeugausstattung.
  • Die Maschinen … und ihre Wartung.
  • Die Materialkosten.
  • Die Energiekosten.
  • Die Arbeitskosten … und die Kosten aufgrund von Fehlern und Unflexibilität.
  • Herkömmliche Verfahren sind vor allem für die Kleinserienfertigung und das Prototyping teuer.

Hier kann der 3D-Druck eine wichtige Rolle spielen.

  • Die additive Fertigung hat in Bezug auf die Maschinen-, Material- und Arbeitskosten einen erheblichen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Fertigungsverfahren.
  • Die Maschinenkosten tragen normalerweise am wenigsten zu den gesamten Herstellungskosten bei.
  • Die Zeiteffizienz und die Fertigung in einem Schritt verschaffen dem 3D-Druck jedoch einen Vorteil, der wiederum zu einem höheren Umsatz führt.
  • Die Materialkosten hängen von der Art der verwendeten Technologie ab.

Die Arbeitskosten sind das A und O des 3D-Drucks! Du brauchst nicht mehrere hoch qualifizierte Mitarbeiter, um die Arbeit zu erledigen. Alles, was du brauchst, ist einer.

Die meisten 3D-Drucker sind in der Lage, auf Knopfdruck den gesamten Prozess ohne weitere Eingriffe durchzuführen.

Zu den weiteren Vorteilen gehören ein kleinerer Lagerraum, die Möglichkeit, der Konkurrenz voraus zu sein, Markttests, eine bessere Kommunikation der Produkte und Vertraulichkeit.

Was sind die Nachteile des 3D-Drucks?

Aber wie jede andere Technologie ist auch der 3D-Druck nicht perfekt. Es gibt definitiv auch einige Einschränkungen. Dazu gehören:

1. Produktschwäche

Die schichtweise Methode des 3D-Drucks kann dazu führen, dass ein Produkt 10-50 % schwächer und in bestimmten Richtungen brüchiger ist als herkömmliche Materialien.

Das ist in der Regel kein großes Problem – für kritische Anwendungen würdest du es aber nicht verwenden.

Einige 3D-Drucker, wie DMLS und SLM, können stärkere Teile herstellen.

In Branchen, in denen es auf zuverlässige, langlebige Produkte ankommt – wie in der Luft- und Raumfahrt – werden diese Drucker immer beliebter.

2. Skaleneffekte

Der 3D-Druck ist bei der Herstellung von Kleinserien recht vorteilhaft.

Aber sobald das Volumen erhöht wird, verliert der 3D-Druck seinen Wettbewerbsvorteil, da der Produktionspreis pro Einheit nur noch minimal sinkt.

Im Vergleich dazu sinkt der Preis pro Produkt bei traditionellen Herstellungsverfahren mit zunehmender Menge drastisch.

Kosteneffizientere Verfahren für die Großserienproduktion sind die CNC-Bearbeitung und der Spritzguss.

Grundsätzlich ist der 3D-Druck gut für kleine Serien geeignet – aber noch nicht kosteneffizient genug für den Massendruck.

3. Genauigkeit

Beim 3D-Druck gibt es eine kleine Fehlertoleranz. Diese liegt in der Regel zwischen ± 0,01 mm und ± 0,5 mm.

Was bedeutet das? Nehmen wir an, du druckst ein Produkt mit einem 8,5-mm-Loch.

Das tatsächliche Maß könnte zwischen 8 mm und 9 mm liegen.

Wenn du also ein kommerzielles Unternehmen bist, das für einen Kunden produziert, besteht ein geringes Risiko, dass dein Produkt nicht genau den Anforderungen deines Kunden entspricht.

Mit der Weiterentwicklung der Technologie sollte natürlich auch die Genauigkeit steigen.

4. Nachbearbeitung des Drucks

Wenn du ein Teil gedruckt hast, muss es normalerweise noch nachbearbeitet werden, damit es einsatzbereit ist. Dazu kann das Schleifen und Lackieren des Teils gehören.

Obwohl der 3D-Druckprozess also Zeit spart, musst du die Zeit für die Nachbearbeitung einkalkulieren.

Möglicherweise musst du auch Stützteile herstellen – vor allem, wenn das Objekt einen Über- oder Unterhang hat.

Weitere Nachteile sind Abfallprodukte, mögliche giftige Emissionen, begrenzte Druckmaterialien, Größenbeschränkungen und mögliche Produktfälschungen.

Ein paar Tipps zum Abschluss zum Thema 3D Druck

Der Kauf eines 3D-Druckers ist wie der Kauf eines Autos, nur ohne die Probefahrt. Mit anderen Worten: Die Anwendererfahrung ist sehr wichtig. Konzentriere dich nicht nur auf die technischen Daten und Messwerte. Erkundige dich nach der Erfahrung der Benutzer und danach, was die Leute über den Drucker denken und sagen, den du kaufen möchtest.

Sprich mit dem Hersteller über die Energieeffizienz des Druckers, bevor du dich für einen Kauf entscheidest. So kannst du eine grobe Schätzung der Energiekosten vornehmen und letztendlich Geld sparen.

Wenn du vorhast, den 3D-Druck als Beruf zu ergreifen, ist es am besten, wenn du dich über Universitätskurse, Online-Kurse und Praktikumsmöglichkeiten bei Unternehmen der additiven Fertigung informierst, die dir den Einstieg erleichtern können.

Viele weitere hilfreiche Tipps und Tricks zum Thema 3D Druck, die Auswahl der richtigen Drucker und Filamente gibt Sönke Schmidt auf seinem 3D-Druck Blog