Nichts ist unmöglich, 3D Druck

Am Anfang steht die Produktidee. Versehen mit mehr oder weniger konkreten Details, wird diese zunächst zu „Papier“ gebracht. In den meisten Fällen übernimmt diese Aufgabe ein Konstrukteur oder Produktdesigner.

Auf den Erstentwurf folgt nun eine Litanei aus Abstimmungen und entsprechenden Anpassungen zwischen Auftraggeber und Ausführenden. Bis zum ersten Prototyp ziehen mitunter Wochen ins Land…

Dieses langwierige und manchmal auch nervenaufreibende Szenario kennt Andreas Zeeh, Konstrukteur bei GETT, nur zu gut. Was seine Arbeit bei GETT revolutioniert hat? Die Anschaffung eines 3D-Druckers der Firma Formlabs!Von Zahnprothesen über Werkzeuge bin hin zu Lebensmitteln – Mit dem entsprechenden 3D-Drucker scheint die Herstellung dreidimensionaler Gegenstände grenzenlos.

Auch die Entwicklungsabteilung bei GETT partizipiert von dieser technischen Errungenschaft, wie Entwickler Carsten Thomas in seinem neuen Blogbeitrag „Nichts ist unmöglich -3D Druck“ zu berichten weiß.

Inspiriert von Jean Luc Piccards Befehl an den Replicator: „Computer! Tea! Earl Grey. Hot.“ – wurde dieser prompt in Harz gedruckt. 

Start mit einem Rück- und Ausblick

Seit dem Beginn der Industrialisierung, versucht der Mensch Dinge zu erschaffen. Im Laufe der Zeit wurden seine Anforderungen dann immer komplexer und komplizierter. Das gilt auch für die dafür notwendigen Maschinen und Geräte. – All diese Dinge sind, wie alles in unserem Leben, dreidimensional. 

Schon in der frühen Science-Fiction-Filmwelt wurden solche Ansätze aufgegriffen. So sagte der berühmte Kapitän des Raumschiffes Enterprise, Jean Luc Piccard, zu seinem Replicator „Computer! Tea! Earl Grey. Hot.“ Und der Computer erzeugte daraufhin mit dem Replicator das gewünschte Getränk. Sicher, bis dahin wird noch viel Wasser die Elbe runter fließen, aber man muss ja Ziele haben…

Wie alles begann …

Dieses Ziel verfolgte auch der Erfinder des 3D Druckes im Jahr 1981. In diesem Jahr erfand der amerikanische Ingenieur, Charles W. Hull, unter Verwendung der Stereolithografie, den 3D Druck. Es dauerte aber immer noch bis ins Jahr 1988, bevor man den ersten 3D Drucker kaufen konnte. Seitdem nimmt die Anzahl an verfügbaren Druckern, Materialien und Herstellungsverfahren stetig zu. Dadurch sinken die Preise so kontinuierlich, dass der 3D Druck immer mehr auch in die privaten Haushalte Einzug nimmt. In den privaten Haushalten wird der 3D Drucker z.B. für das Hobby Modellbau verwendet. Die Menschen wollen ein Gefühl dafür bekommen, was alles mit der neuen Technik möglich ist. 
Mittlerweile gibt es sogar einen 3D Drucker mit dem Namen „Replicator“. Der ist zwar noch bei weitem nicht so leistungsstark wie sein Namensfetter aus dem Film, aber wer weiß was die Zukunft noch bringt…

In der heutigen Zeit gibt es viele unterschiedliche Verfahren und auch Materialien zur Herstellung eines 3D Druckteiles. Die Auswahl des Materials und somit auch oft die des Herstellungsverfahrens, wird auf Grund der Einsatzbedingungen der Bauteile vorgegeben. 

Auf Material und Herstellungsverfahren werde ich in diesem Blogbeitrag nicht näher eingehen. Heute soll es vielmehr darum gehen, wie wir das neue Fertigungsverfahren bei GETT einsetzen.

Erste Erfahrungen …

Im Jahr 2012 hatten wir bereits die ersten Berührungen mit dem Thema 3D Druck. In diesem Jahr sanken die Preise so weit, dass sich die Anschaffung schnell rentierte. So schafften wir uns den 3DTouch Farb 3D Printer von BfB (Bits from Bytes) an. Dieser war zu diesem Zeitpunkt schon ein Jahr auf dem Markt und arbeitete nach dem Fused Deposition Modeling (FDM) Prinzip. In diesem Verfahren wird ein Kunststoffdraht (Filament) zum Schmelzen gebracht und dann Schicht für Schicht aufgetragen, bis das gewünschte Modell entsteht.

Unser Ziel war es zunächst, Bauteile für unsere Fertigung herzustellen. Dadurch sollte unsere Fräserei entlastet werden. Hierfür wurden verschiedene Hilfsmittel für die Fertigung unserer Produkte gedruckt.

Nach gut zwei Jahren wurde dann jedoch der Hersteller unseres Druckers aufgekauft und die Produktpflege eingestellt. Damit geriet auch bei GETT der 3D Druck vorerst wieder in den Hintergrund…

Der Neueinstieg … 

Im Jahr 2018 wurde erneut über die Anschaffung eine 3D Druckers diskutiert, da das Thema immer mehr in den Fokus der Industrie gerückt war. Wir führten eine Marktrecherche durch, deren Ergebnis die Anschaffung des Form2 der Firma Formlabs mit sich zog.
Dieser Drucker arbeitet nach dem Prinzip der Stereolithografie. Hierbei wird ein Harz Schicht für Schicht mit einem Laser ausgehärtet. Im Gegensatz zu unserem ersten Drucker, wird bei diesem Verfahren über Kopf gedruckt. Danach müssen die Bauteile von nicht ausgehärtetem Harz befreit und abschließend mittels Infrarotlicht ausgehärtet werden. So erreicht das Material seine physikalischen Eigenschaften.

Die ersten Druckergebnisse ließen nicht lange auf sich warten. Über die erreichte Qualität waren wir alle überrascht, aber auch hier gilt die Methode „learning by doing“.

Nach und nach lernten wir, stets noch bessere Ergebnisse mit dem Drucker zu erzielen. Die ersten Hilfsmittel für unsere Fertigung entstanden, wobei wir am Ende eine sehr hohe Genauigkeit erreichten. So getrauten wir uns auch an die ersten Bauteile für kundenspezifische Projekte.

Wir konnten unseren Kunden erstmalig eine preiswertere Alternative zum sonstigen Spritzgussverfahren anbieten. Da die Fertigungszeit eines Bauteils zu lang dauert, verwenden wir den 3D Drucker hauptsächlich für den Prototypenbau. Man kann flexibel und kostengünstig Ideen umsetzen, anpassen und für die Serie optimieren.

In dem Prozess der Nachbereitung der Druckteile gab es aber immer noch Lücken und Probleme. Diese wurden mit der Anschaffung der Form Wash und der Form Cure gelöst. 

Wie der Name schon sagt, Wash wie waschen. Hier wird das überflüssige Harz von dem Druckerteil abgewaschen. Das passiert in einer kleinen Art von Waschmaschine. Funktioniert nach dem Prinzip: Zeit einstellen und machen lassen.

Nachdem waschen kommt, wie im wahren Leben, dass Trockenen. Das Harz wird bei dem trockenen auch gleichzeitig noch gehärtet. In diesem Prozess erhält das Harz dann seine physikalischen Eigenschaften. Diesen letzten Fertigungsschritt übernimmt die Cure.

Nun haben wir einen kompletten Prozess, der gut kontrollierbar ist und wir sind in der Lage 3D Druckteile mit konstanter Qualität zu produzieren.

Wie es weiter geht…

Auch im Bereich von Lebensmitteln wird weiter geforscht und entwickelt. Das Essen von morgen wird 3D gedruckt. Ein Beispiel dafür ist das israelische Startup Unternehmen „SavorEat“. Dieses forscht an einen 3D Druckverfahren mit dem ein kompletter veganer Burger hergestellt werden kann. Dafür hat sich auch schon eine Burger-Kette als Partner gefunden. Somit schließt sich der Kreis zum Anfang von diesem Blog (Computer! Burger with ham and bacon!).

Und bei GETT? Im Jahr 2019 kam der Form3 auf den Markt.
Dieser druckt nach dem Prinzip der Low Force Stereolithography (LFS). Diese neue Technologie ist in der Lage noch bessere und genauere Oberflächen zu realisieren und liefert ein schnelleres Ergebnis. Da wir alle Harze und Tools vom Form2 wiederverwenden können, wurde als Verstärkung unseres „Druckerteams“, auch ein Form3 angeschafft.

Im Teil 2 erfahren Sie mehr über den Entwicklungsprozess an sich – von der Idee bis zum fertigen 3D Druckteil. Also heißt es dranbleiben…

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Carsten Thomas, Entwickler & Blog-Author
Entwurf

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