3D Drucker | Additive Fertigung von Kunststoffteilen

Ob additive Manufacturing, generative Fertigung oder Rapid Prototyping, hergestellt werden Bauteile in diesen Verfahren auf einem 3D Drucker. Inzwischen ist der 3D-Druck ein Stück weiter in der Industrie angekommen und eignet sich so auch für die Serien und Massenfertigung. Wir stellen Ihnen hier Neuheiten und Anwendungen von 3D-Druckern für Kunststoffe vor:

Inhalt

• 3D Drucker 2024 - Das Wichtigste in Kürze
• 3D Drucker Neuentwicklungen
  • Freeformer für 3D Drucke aus originalen Kunststoffgranulaten
  • Ultraschneller Polymer 3D Drucker
  • 3D Druck zur Herstellung von Insektenschutz
  • Epsilon 3D-Drucker mit verbesserter Elektronik
  • Flüssigkristall Polymer 3D-Drucker
  • 3D Mikrodruck für Druck zentimetergroßer Strukturen
  • Hochtemperatur Freeformer für additive Fertigung
  • Highspeed 3D Drucker Industrie für Kunststoffbauteile
  • Extra großer 3D Drucker für die Industrie
  • 3D-Drucker fertigt autonomes, energieautarkes Segelboot
• Häufig gestellte Fragen

3D Drucker 2024 - Das Wichtigste in Kürze

3D-Drucktechnologien werden heute schon in vielen Branchen und von zahlreichen Unternehmen genutzt, um Prototypen zu erstellen, Fertigungsprozesse zu optimieren und kundenspezifische Produkte herzustellen. In der Automobilindustrie verwenden Unternehmen wie BMW und General Motors den 3D-Druck, um sowohl Prototypen als auch Endprodukte zu erstellen. Im Gesundheitswesen setzen Firmen wie Stryker und Medtronic 3D-Druck ein, um maßgeschneiderte medizinische Geräte und Prothesen herzustellen.

Solidworks | CAD Software von und für die User

Unternehmen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, einschließlich Boeing und SpaceX, nutzen den 3D-Druck zur Herstellung von Komponenten für Flugzeuge und Raketen. Selbst in der Modebranche kommen 3D-Drucker zum Einsatz, so zum Beispiel bei Adidas, wo die 3D-gedruckten Teile zur Herstellung maßgeschneiderter Sportschuhe verwendet werden. Immer mehr im Kommen sind auch der Metall 3D Druck und der Multimaterial 3D Druck.

3D Drucker Neuentwicklungen

Welches die besten 3D-Drucker sind, hängt stark von den spezifischen Anforderungen und dem Anwendungsbereich ab. Nachfolgend finden Sie die Neuentwicklungen der Branche:

Freeformer für 3D Drucke aus originalen Kunststoffgranulaten

08.10.2024 | Auf der Fakuma 2024 wird der Freeformer 750-3X von Arburg in einer speziellen Hochtemperatur-Ausführung komplexe Funktionsbauteile aus verschiedensten Kunststoffgranulaten fertigen. Diese Materialien sind speziell zur Lieferung in Branchen wie Medizintechnik, Elektronik, Mobilität sowie Luft- und Raumfahrt zertifiziert.

Der 3D-Drucker bietet einen temperierbaren Bauraum bis 200 °C  und ermöglicht eine Plastifizierung bei bis zu 450 °C. Der namensgebende Bauteilträger misst 750 cm³. Mit den drei Austragseinheiten lassen sich selbst anspruchsvolle und komplexe Geometrien sowie Hart-Weich-Verbindungen mit Stützmaterial realisieren.

Im AKF-Verfahren können mit diesem industriellen 3D-Drucker schnell und flexibel größere Funktionsbauteile oder Kleinserien additiv gefertigt und individualisiert werden.

Ultraschneller Polymer 3D Drucker

16.07.2023 | Der industrielle 3D-Drucker XiP Pro von Nexa3D soll den höchsten täglichen Produktionsdurchsatz sowie die niedrigsten Gesamtbetriebskosten seiner Klasse bieten. Das erreicht er mit exponentiell schnellerer Druckgeschwindigkeit als herkömmliche SLA- und DLP-basierte Technologien, einer leistungsstärkeren Druckmaschine und einem Bauvolumen von 19,5 l.

3D Druck zur Herstellung von Insektenschutz

14.03.2023 | Die WissenschaftlerInnen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben in einem 3D-Drucker ein Insektenschutzmittel hergestellt. Der 3D-Drucker verkapselt erst das Insektenschutzmittel und bringt es in die gewünschte Form. Das kann beispielsweise ein Ring sein, den der Anwender am Finger trägt. Dabei gibt der Fingerring über einen längeren Zeitraum das Mittel frei, das die Mücken vertreiben soll. Über die Arbeit berichtet das Forscherteam im "International Journal of Pharmaceutics".

Für ihre Entwicklung nutzten die Forschenden das Insektenschutzmittel IR3535 von Merck. "Mückensprays auf der Basis von IR3535 sind seit vielen Jahren weltweit im Einsatz und gelten als gut verträglich. Deshalb haben wir das Mittel für unsere Experimente genutzt", sagt Prof. Dr. René Androsch von der MLU. In der Regel wird es als Spray oder Lotion angewendet, was einen Schutz von mehreren Stunden verspricht. Das Team um Prof. Dr. Androsch sucht jedoch nach Lösungen, die das Mittel über einen deutlich längeren Zeitraum abgeben. Eine davon ist ist der integrierte Fingerring oder Armreif.

Insektenschutzmittel in biologisch abbaubarem Polymer

Mit Hilfe von speziellen 3D-Druckern gelang es der MLU, das Insektenschutzmittel kontrolliert in ein biologisch abbaubares Polymer einzubringen. Das Stoffgemisch wurde zudem in verschiedene Formen eingebracht. "Die Grundidee ist, dass das Insektenschutzmittel dabei kontinuierlich verdampft, also an die Umgebung abgegeben wird, und dann eine Barriere gegen Insekten bildet", sagt die Erst-Autorin der Studie Fanfan Du, Doktorandin an der MLU.

Wie schnell das Insektenschutzmittel verdampft, hängt von Faktoren ab wie Temperatur, Konzentration und Struktur des eingesetzten Polymers. Das Team hat verschiedene Versuche und Simulationen durchgeführt und geht nun davon aus, dass das Insektenschutzmittel bei einer Temperatur von 37 °C bzw. der menschlichen Körpertemperatur, weit mehr als eine Woche braucht, um vollständig zu verdampfen.

2-Komponenten 3D Druck Filament für additive Fertigung

Der Fingerring ist zunächst ein Prototyp, anhand dessen die Forschenden gezeigt haben, dass ein tragbarer Insektenschutz grundsätzlich auf einem 3D-Drucker herstellbar ist. Die Eignung der Ringe unter Realbedingungen müssen noch erforscht werden. Auch könne das Material für die Verkapselung noch optimiert werden.

Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und im Rahmen der Graduiertenschule Agripoly an der MLU gefördert. Agripoly wird aus Mitteln des des Landes Sachsen-Anhalt und des Europäischen Sozialfonds (ESF) finanziert. 

Epsilon 3D-Drucker mit verbesserter Elektronik

10.01.2023 | BCN3D stellt die neue Generation für seine Epsilon-Serie vor. Diese bietet ein neues Design sowie eine optimierte Elektronik. XYZ-Autokalibrierung und lokaler Netzwerkzugriff komplettieren die Neuerungen. Weitere Details zeigt das folgende Video: 

Flüssigkristall Polymer 3D-Drucker

16.12.2022 | Nematx präsentiert seinen 3D-Drucker NEX01 mit Steuerung der Prozesse für eine Produktion mit einem hohen Durchsatz. Angetrieben von einem Slicing-Algorithmus  und einem Bewegungssteuerungssystem bietet das Gerät 3D-Druckfunktionen mit Mikrometerauflösung.

Weil die Maschine des 3D-Druckers kompatibel ist mit Flüssigkristallpolymeren (LCP), eignet sie sich für industrielle Anwendungen. Diese chemisch und biologisch inerten Materialien sind schwer entflammbar, hoch strahlenbeständig und gestatten eine Teile Fertigung mit einer Genauigkeit von 25 µm.

Die molekulare Ausrichtung des 3D-Druckers wird während des Extrusionsprozesses gesteuert. Das gestattet den Druck von Bauteilen mit sehr guten mechanischen, thermischen, chemischen und biologischen Eigenschaften. Die Flüssigkristallpolymere gestatten eine wesentlich präzisere und schnellere Verarbeitung als das mit herkömmlichen Materialien möglich ist.

Eine eigene Software dient zur Vorbereitung der 3D-Modelle für den Druck sowie das Flüssigkeitspolymer-Filament. NematX kann Drucke mit einem Elastizitätsmodul von bis zu 25 GPa bei einer Zugfestigkeit von 650 MPa erstellen. Dafür gewann das Start-up 2020 auf der Formnext die Start-up Challenge.

3D Mikrofabrikation für Druck zentimetergroßer Strukturen

09.03.2022 | Nanoscribe stellt das Extra Large Features (XLF) Print Set vor, welches den Fertigungsbereich des hochpräzisen 3D-Drucker Quantum X shape erweitert. Damit wird der auf der Zwei Photonen Polymerisation basierende Mikrodruck von nano- und mikroskaligen Strukturen auf millimeter- und zentimetergroße Objekte möglich. Insbesondere beschleunigt das neue XLF Print Set den hochpräzisen 3D-Druck um ein Vielfaches.

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Hochtemperatur Freeformer für additive Fertigung

11.10.2021 | Arburg präsentiert auf der Fakuma 2021 u. a. sein Portfolio für die additive Fertigung. Der speziell für den Hochtemperatur Einsatz ausgelegte Freeformer 300-3X hat einen Bauraum, der Temperaturen bis 200 °C standhält. Ein optimiertes Temperaturmanagement kühlt den Freeformer ensprechend, besonders die Achsantriebe, die den Bauteil Träger hochpräzise auf 0,022 mm genau in X-, Y- und Z-Richtung positionieren.

Lesetipp: Drei Einstiege in die Generative KI

Auf der Fakuma wird Arburg Funktionsbauteile aus dem für Anwendungen in der Luft und Raumfahrt zugelassenen flammhemmenden Werkstoff PEI/PC-Blend Ultem 9085 fertigen. Das Materialspektrum für das Arburg Kunststoff Freiformen (AKF) 3D Druckverfahren umfasst auch Kunststoff Granulate auf Basis von Polyetherimid (PEI). Beispielsweise sind das Ultem 1010, medizinisch zugelassenes Ultem 1004 und Ultem 9085 Werkstoffe.

Additive Fertigung mit lückenloser Überwachung

Eine wichtige Rolle in der additiven Fertigung spielt die erfolgreiche und lückenlose Überwachung, teilespezifische Rückverfolgung und Dokumentation der Prozessdaten. Mit der für speziell den Freeformer entwickelten App Processlog des Kundenportals Arburgxworld lassen sich für AKF Bauteile beispielsweise Prozess- und Bauauftragsdaten visualisieren. Auch Informationen zum eingesetzten 3D-Drucker, Auftragsstart, Bauzeit, Schicht Aufbau, Bauraumtemperatur etc. über den kompletten Bauauftrag hinweg werden übersichtlich grafisch dargestellt.

 Additive Fertigung und 3D Druck Service

Neben dem Freeformer Exponat stellt Arburg auch einden 3D-Drucker LIQ 320 der Schwesterfirma Innovatiq vor. Mit diesem industriellen 3D-Druck Verfahren werden im Liquid Additive Manufacturing (LAM) Bauteile direkt aus Flüssigsilikon (LSR) gefertigt.

Highspeed 3D Drucker Industrie für Kunststoffbauteile

04.04.2019 | Fraunhofer IWU stellt eine 3D-Drucker-Kombination vor, mit dem Kunststoffteile endlich für die Industrie gedruckt werden können. Der „Seam-HEX“ bietet eine enorme Prozessgeschwindigkeit durch eine Kombination der Werkzeugmaschinen-Technologie und des 3D-Drucks.

Das System nutzt das Bewegungssystem einer Werkzeugmaschine und eine neu entwickelte Düse, die Kunststoffgranulat schnell aufschmilzt und anschließend den aufgeschmolzenen Kunststoff in Höchstgeschwindigkeit ausstößt.

Metall 3D Drucker | Erstaunliche Möglichkeiten

Neu ist auch, dass die Maschine bzw. das Verfahren Standard Kunststoffgranulat nutzt, wodurch das Verfahren recht preiswert wird. Seam-HEX druckt acht Mal schneller als vergleichbare Verfahren wie FLM oder FDM. Dank des Einsatzes von Standard-Kunststoffgranulat lassen sich die Materialkosten um das 200-fache senken.

Seam-HEX besitzt eine intelligente Bahnanpassung: So ermöglicht die Maschine es auch, auf bereits vorhandene Bauteile wie Metallbleche aufzudrucken. Werden solche Teile nicht exakt in der Maschine positioniert, erkennt das System dies und passt seine Bahn beim Druck an.

Extra großer 3D Drucker für die Industrie

02.11.2017 | Systec stellt den größten Großraum 3D-Drucker aus der „Inv3nt“ Serie für industrielle Anwendungen vor. Das größte und individuellste Modell der Serie ist der Inv3nt Xtra L.

Der nahezu beliebig skalierbare FFF/FDM 3D-Drucker bietet mit schnittstellenreicher Xemo-Schrittmotorsteuerung, touchscreenoptimierter CNC-Software „Xemo NC 3D“ und dem touchscreenfähigen Slicer Inv3nt Studio alles, was industrielle Anwender für die Erstellung von Prototypen, Angebot-Mustern oder Entwicklungsteilen benötigen.

Nahezu beliebig viele Druckköpfe für den Filament- oder Granulatdruck können installiert werden, Bauraum und Druckkplatte sind beheizbar, alles wird umhaust durch ein robustes, gut isoliertes Gehäuse. Möglich sind mit diesem 3D-Drucker Druckräume von bis zu 3000 x 3000 x 1500 mm.

3D-Drucker fertigt autonomes, energieautarkes Segelboot

09.06.2017 | Technik lernt segeln: Das ist der Wahlspruch des Sailing Teams Darmstadt, dass sich zur Aufgabe gemacht hat ein Segelboot zu entwickeln und zu bauen, das autonom und energieautark den Atlantik überqueren kann. Dafür arbeiten verschiedene Teams für die folgenden Bereiche: Energieversorgung, Kursfindung, Elektronik, Regelungstechnik, Mechanik, Organisation und Software. Der German Reprap X1000 3D-Drucker unterstützt das Sailing Team dabei.

3D Druck Technologien zur autonomen Navigationsentwicklung

Im Jahre 2008 wurde das Projekt ins Leben gerufen, sodass innerhalb der letzten 9 Jahre bereits umfangreiche Erfahrungen im Bereich der autonomen Navigationsentwicklung gemacht werden konnten. Mittlerweile ist das Team auf 40 Mitglieder angewachsen. Im Rahmen der World Robotics Sailing Championships 2013 in Brest, Frankreich, segelte bereits der erste, 110 cm kleine Prototyp des Sailing Teams 7 km unbemannt über den Atlantik. Dabei segelte das Boot vorgegebene GPS-Koordinaten an und bewältigte alle Aufgaben, für die gewöhnlich ein Mensch an Bord sein muss, selbst. Seit 2015 wird nun an einem größeren Nachfolgemodell gearbeitet, welches den Atlantik überqueren soll.

Der 3D-Druck wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt: Neben kostengünstigen und schnellen Prototypen, werden auch komplexere Funktionsbauteile für geringe Belastungen hergestellt. Als weiteres Anwendungsgebiet etabliert sich die Herstellung von Bauteilen für den Messebau, aktuell das komplette Rumpfmodell des Segelbootes für einen Demonstrator des Bootes zur Darstellung des Segelverhaltens des fertigen Bootes.

Mithilfe der 3D-Druck-Technologie können schnell komplexe und ultraleichte Bauteile hergestellt werden. Durch die Begutachtung und Bewertung der gedruckten Realteile werden sowohl das Verständnis über Kraftflüsse, als auch Optimierungsmöglichkeiten des Bauteils näher gebracht.

Für dieses Projekt wurde mit dem X1000 vor allem mit dem PET-G Material gearbeitet, da dieses wesentlich stabiler gegenüber langsamer thermischer Verformung ist als andere Materialien. Das PET-G bietet eine hohe Bruchfestigkeit und Formbeständigkeit bei einer Temperatur bis etwa 80 °C. Das Material lässt sich ähnlich problemlos wie PLA verarbeiten und besitzt ebenso eine extrem hohe Oberflächenqualität, welche bei entsprechendem Gebrauch eine Nachbearbeitung der Objekte überflüssig macht. Außerdem haftet das Material sehr gut auf der Standard PET-Folie, bei der es nahezu weder Verzug noch Warping gibt. Das PET-G ist nach Brandschutzvorschrift B1 als schwer entflammbar klassifiziert, was im Falle des Sailing Teams wichtig für das Einsetzen der Elektrik ist. Für das Getriebe sowie verschiedene kleinere Einbauteile kam außerdem PLA Filament zum Einsatz.

Häufig gestellte Fragen

Was kostet ein normaler 3D-Drucker?

Ein normaler 3D-Drucker für den Hausgebrauch kostet typischerweise zwischen 200 Euro und 1.000 Euro für Einsteigermodelle, abhängig von den Funktionen, der Druckqualität und dem Druckvolumen. Das Sortiment für Anfänger ist bereits ab 200 Euro erhältlich, während Modelle im mittleren Preis-Segment mit zusätzlichen Features wie größerem Bauraum oder höherer Präzision beim Drucken bei 500 bis 1.000 Euro liegen. Professionelle 3D-Drucker für den industriellen Einsatz können jedoch deutlich teurer sein.

Was kostet ein industrieller 3D-Drucker?

Ein industrieller 3D-Drucker kann zwischen 20.000 und über 100.000 Euro kosten, je nach Technologie, Materialkompatibilität und Druckgröße. Modelle, die für spezifische Branchen wie die Automobilindustrie oder Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, können deutlich teurer sein, besonders wenn sie hochpräzise Drucke aus Metallen oder Hochleistungskunststoffen ermöglichen. Drucker im unteren Bereich der Preisspanne eignen sich oft für Kunststoffe, während Systeme für Metall-3D-Druck und komplexe industrielle Anwendungen tendenziell im sechsstelligen Bereich liegen.

Was kann man mit 3D-Druckern alles machen?

Mit 3D-Druckern lassen sich eine Vielzahl von Objekten und Bauteilen herstellen. In der Industrie nutzen die Profis sie zur Fertigung von Prototypen, Werkzeugen, Ersatzteilen und Produktionshilfen. In der Medizintechnik kommen sie für Implantate, Zahnersatz und chirurgische Werkzeuge zum Einsatz. Auch im Bauwesen können ganze Gebäudeteile gedruckt werden. Im Consumer-Bereich werden 3D-Drucker verwendet, um individuelle Produkte wie Schmuck, Spielzeug, Filter oder Designobjekte zu erstellen. Zudem ermöglichen die 3D-Druckverfahren die Verarbeitung verschiedenster Materialien, die Auswahl geht von Kunststoffen über Metalle bis hin zu Keramiken und Biokompatiblen Stoffen.

Was braucht man alles für einen 3D-Drucker?

Für den Betrieb eines 3D-Druckers benötigt man folgende grundlegende Komponenten:

1. 3D-Drucker: Das Kernstück, das das Modell Schicht für Schicht erstellt.
2. Materialien: Abhängig vom Druckertyp – z. B. Filamente (Kunststoff), Harz oder Metallpulver.
3. Software: Eine CAD-Software zur Erstellung oder Bearbeitung der 3D-Modelle sowie eine Slicer-Software, um das Modell in druckbare Schichten umzuwandeln.
4. Stromversorgung: Zur Versorgung des Druckers.
5. Plattform zur Datenübertragung: In der Regel ein USB-Stick, SD-Karte oder eine drahtlose Verbindung, um die Druckdatei an den Drucker zu senden.
6. Werkzeuge: Für die Nachbearbeitung, wie Entfernungswerkzeuge oder Schleifmittel, um das fertige Teil zu glätten und zu reinigen.

Zusätzlich können je nach Druckverfahren spezifische Reinigungsmittel oder Schutzmaßnahmen erforderlich sein, wie etwa bei der Verwendung von Harzen oder Metallpulvern.

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