In dieser Unit beschäftigen wir uns mit dem 3D-Druck.
Ziel der Stunde: Ich verstehe wie der 3D-Druck funktioniert, wofür er verwendet wird und warum er wichtig ist, indem ich diese erklären kann.
Kompetenzen:
1)Was ist der 3D-Druck
2)Funktionsweise des 3D-Drucks
3)Vorteile des 3D-Drucks
4)Folgekosten des 3D-Drucks
5)3D-Druckverfahren im Überblick
1. Was ist der 3D Druck?
3D-Druck ist ein Oberbegriff, mit denen sich Objekte von einem Computerprogramm ausgehend dreidimensional erschaffen lassen.
Bei einem klassischen Computerdrucker wird Tinte oder Toner auf ein Blatt Papier aufgebracht und so ein Textdokument oder ein Bild erstellt.
Da der Auftrag auf die Papierebene beschränkt ist, reicht es aus, dass sich z.B. ein Druckkopf von links nach rechts bewegt bzw. der Toner- oder Tintenauftrag zeilenförmig erfolgt.
Um eine weitere Druckrichtung zu erhalten, wird das Papier durch den Drucker transportiert. Demzufolge ist der fertige Ausdruck zweidimensional.
Bei einem 3D Drucker ist der Ausdruck dreidimensional. Das bedeutet, das gedruckte Objekt hat neben einer Länge und einer Breite auch noch eine Höhe.
Aus diesem Grund arbeitet ein 3D Drucker neben den beiden horizontalen Druckachsen (X-Achse und Y-Achse) auch noch mit einer vertikalen Achse (Z-Achse).
2. Wie funktioniert der 3D Druck?
Mit einem 3D Drucker werden entweder bereits bestehende, auch selber entworfene, dreidimensionale Objekte in Schichtbauweise hergestellt.
Das Objekt, das Sie drucken möchten, muss also digital als dreidimensionales Modell vorliegen.
Dafür kann man vollständige 3D Entwürfe aus dem Internet herunterladen oder selbst mit einem geeigneten CAD-Programm welche erstellen.
Auch hier gibt es mittlerweile sehr gute Programme, die im Internet kostenfrei genutzt werden können z.B. TinkerCAD oder FreeCAD.
Damit aus der entstandenen CAD-Datei im 3D Drucker ein realer Gegenstand entsteht, wird den Druckern eine geeignete Software beigelegt z.B. UltimakerCura.
Diese berechnet die nötigen Werkzeugbahnen und Befehle für den Drucker.
3. Welche Vorteile bietet der 3D Druck?
Bei der subtraktiven Fertigung wird von einem Werkstückrohling durch Sägen, Fräsen, Bohren oder Schleifen Material abgetragen. Beim 3D Druck hingegen handelt es sich um eine additive Fertigung. Denn es wird am unfertigen Werkstück Material hinzugefügt.
Vorteile der additiven Fertigung für Unternehmen im Vergleich zu klassischen Verfahren
- Schnellere und kostengünstigere Produktion, beispielsweise durch geringeren Materialaufwand und Fehlerreduzierung in der Prototypenentwicklung
- Just-in-time Produktion von 3D Objekten, beispielsweise Ersatzteile für Maschinen
- Funktionale und komplexe sowie filigrane Druckerzeugnisse bei Bauteilen, Spritzgussformen etc.
- Hohe Flexibilität im Produktionsprozess durch Adhoc-Änderungen und schnelle Umsetzung von Änderungswünschen
- Leichtbaukonstruktion: Mit 3D Druck lassen sich Formen realisieren, die mit klassischen Fertigungsmethoden gar nicht oder nur schwer realisierbar sind. Damit setzen die 3D Konstruktionen hinsichtlich Gewicht, Design und Stabilität neue Maßstäbe.
Vorteile der additiven Fertigung bei privater Nutzung
- Produktion von benötigten Teilen in kurzer Zeit
- Individualisierung: Keine Lust auf Massenware? Mit dem 3D Drucker können Sie individuelle Stücke kreieren.
- Spaß am Tüfteln und Gestalten
4. Welche Folgekosten entstehen beim 3D Druck?
Zum einen sind da die Anschaffungskosten für den 3D-Drucker. Hinzu kommen Stromkosten und Verbrauchsmaterialkosten.
Stromkosten
Der Stromverbrauch bei einem 3D Drucker schwankt sehr stark. Das liegt daran, dass die Heizungen, Motoren und Lüfter unterschiedliche Schaltzeiten haben.
Zudem benötigt ABS-Filament weitaus höhere Temperaturen als PLA. Im Schnitt liegen die Stromkosten beiwenigen Cent pro Stunde. Für konkrete Werte muss vor Ort eine Messung durchgeführt werden.
Verbrauchsmaterial
Im Gegensatz zu den Stromkosten fallen die Kosten für die benötigten Filamente deutlich höher aus. Aber auch hier sind die Preise recht unterschiedlich.
Doch selbst wenn ein Markenfilament weit mehr, als ein billiges Noname-Produkt kostet, sollte man bei der Markenqualität bleiben.
Besonders dann, wenn die zum Filament optimal passende Druckereinstellung gefunden wurde und das dadurch erreichte Druckbild perfekt ist.
5. 3D-Druckverfahren im Überblick
Freiraumverfahren
Das Freiraum-Verfahren wird auch als Fused Deposition Modeling (FDM) bezeichnet. Dabei wird das Druckmaterial, Filament genannt, in Drahtform einer beheizten Düse (Extruder) zugeführt.