Wie man den richtigen 3D-Scanner für den automobilen Aftermarket findet

Oktober 24, 2023Oktober 18, 2023

3D scanner for car customization - feature image

Im Bereich der kundenspezifischen PKW-Anpassung sind 3D-Scanner ein echtes Arbeitstier, das physische Objekte in den virtuellen Raum überträgt. Für manche Fahrzeugkomponenten sind 3D-Modelle leicht verfügbar. Bei Individualisierten oder originalen 3D-Drucken ist das nicht der Fall; hier wird ein 3D-Scanner benötigt, der die Objektgeometrie akkurat in einer simulierten Umgebung nachbildet. Dazu erfasst der 3D-Scanner Millionen von Datenpunkten eines Objekts aus allen Winkeln, und erstellt daraus innerhalb von wenigen Minuten einen digitalen Klon. Diese virtuelle Version funktioniert dann wie eine dreidimensionale Testumgebung, in der man Konzepte zügig bauen und iterieren kann, bevor das Prototyping und die Fertigung beginnen.

Großformatige 3D-Drucker werden häufig dazu verwendet, Fahrzeugteile oder maßgeschneiderte Komponenten wie z.B. Armaturenbretter, Konsolen und Türverkleidungen zu drucken. In Kombination mit 3D-Scannern produzieren sie visuell ansprechende und hoch funktionelle Teile. 3D-Scans können problemlos von großformatigen 3D-Druckern verarbeitet werden und optimieren den Prozess von Anfang an. Das spart nicht nur Zeit, Aufwand und Geld, sondern ergibt auch eine hervorragende Druckqualität mit weniger Fehldrucken.

Wie wählen Sie also den richtigen Aftermarket-Scanner für Ihre Werkstatt?

Wir sind einigen Fragen nachgegangen:

1. Warum ist das 3D-Scannen wichtig?

Das 3D-Scannen eröffnet unendlich viele Möglichkeiten der Individualisierung, mit denen Sie Komponenten schnell und effizient mit hoher Präzision und Genauigkeit produzieren können.

Qualitäts-
kontrolle

Durch Prüfen des virtuellen 3D-Modells kann sichergestellt werden, dass jeder Aspekt des Teils präzise gemessen wurde und sich innerhalb der Toleranzen befindet.

Reverse Engineering

Ein 3D-Scanner verwandelt komplexe Geometrien in hochwertige CAD-Dateien wenn diese nicht zur Verfügung stehen. Das optimiert Ergebnisse, und es ist kein Raten mehr nötig.

Einfacheres Prototyping

Die digitale Modifizierung und Optimierung von Prototypen vor dem Druck stellt sicher, dass auch komplexe Formen präzise gefertigt werden.

Schnellere Designzyklen

Sie können Ihre Produktionszeiten verkürzen, indem Sie einen Scan des Objekts anfertigen. Dank der erfassten Daten passt das 3D-gedruckte Teil perfekt.

Präzise Messungen

Durch den Scan können die genauen Dimensionen einer Komponente erfasst werden, selbst kleine Details an engen und unzugänglichen Stellen.

Kosten-günstig

Mit dem 3D-Scannen brauchen Sie weniger physische Prototypen. Zusätzlich gibt es weniger Fehldrucke, was die Kosten noch einmal erheblich senkt.

2. Wie funktioniert das 3D-Scannen?

3D-Scanner erzeugen hochpräzise und visuelle dreidimensionale virtuelle Modelle, indem sie 3D-Oberflächendaten von einem Objekt erfassen. Unter anderem verwenden sie Technologien wie Laser-Triangulation, Streifenprojektion, Photogrammetrie und ToF-Scannen um die Form, Farbe und Struktur einer Komponente digital zu erfassen. 3D-Daten bringen physische Objekte in die digitale Welt, doch sie haben auch viele weitere Anwendungen: Untersuchungen, Dimensionsanalyse, Reverse Engineering, dezentrale Reproduzierung von Teilen, und Validierung von CAD-Modellen für den 3D-Druck.

3. Was für 3D-Scanner gibt es?

Es gibt verschiedene Technologien für 3D-Scanner, und jede hat ihre eigenen Vorteile, Nachteile und Kosten. Ob ein 3D-Scanner mit dem großformatigen 3D-Druck kompatibel ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, u.a. Abtastbereich, Auflösung, Scangeschwindigkeit, und nötige Detailgenauigkeit für den Druck eines Fahrzeugteils. Der folgende Abschnitt beschreibt die verschiedenen Arten von 3D-Scannern und ihre Eignung für den großformatigen 3D-Druck:

1. Laser-Triangulations-Scanner

Dieser Scanner projiziert ein Muster aus Laserstrichen oder -Punkten auf das Objekt und erfasst die Reflexionswinkel mithilfe von Sensoren, um die Form zu replizieren. Diese Methode wird normalerweise für kleinere Objekte verwendet, kann aber auch die Geometrie von größeren Gegenständen erfassen.

2. Scanner mit strukturiertem Licht

Dieser Scanner projiziert linienförmiges Licht auf das Objekt und analysiert das Bildfeld, um ein 3D-Modell zu generieren. Dieser Scanner ist gut geeignet für große Objekte, da er komplexe Formen und Details erfassen kann, und gleichzeitig einen großen Abtastbereich hat.

3. Photogrammetrie-Scanner

Anstelle von aktiven Lichtquellen verwendet der Photogrammetrie-Scanner eine Vielzahl an Fotos aus verschiedenen Blickwinkeln, um daraus digital ein 3D-Modell zu erstellen. Photogrammetrie wird meist für großformatige Anwendungen verwendet, z.B. um Architektur oder Landschaften zu scannen.

4. Time-of-Flight Scanner

Auf den ersten Blick erscheint „Time-of-Flight“ ein sehr willkürlicher Begriff für einen kameraähnlichen Scanner, doch der Name basiert auf zugrunde liegenden Prinzip. Dieser Scanner emittiert Licht und misst dann, wie lange es dauert, bis das Licht von der Objektoberfläche zurückgeworfen wird. Er kann große Objekte mit Leichtigkeit erfassen, und wird für großformatige 3D-Druckprojekte verwendet.

4. Was ist ein Scan-to-Print-Workflow?

Der Name ist Programm: hier wird ein 3D-Scan in ein druckbares Modell umgewandelt. Nachdem ein Objekt mit einem 3D-Scanner erfasst wurde, werden die 3D-Daten mit einer Spezialsoftware bearbeitet und bereinigt. Im nächsten Schritt wird das gescannte Modell in ein 3D-Druckformat konvertiert, z.B. in eine STL-Datei. Schließlich wird das Modell für den großformatigen 3D-Druck vorbereitet: die Orientierung wird optimiert, Stützstrukturen werden hinzugefügt, und das Modell wird in Schichten geslict.

SCHRITTE FÜR EINEN 3D-SCAN-TO-PRINT-WORKFLOW

1. 3D-Scan anfertigen

Scannen Sie das Objekt mit einem 3D-Scanner mit einer Genauigkeit von mindestens 100 Mikrometern.

2. Mesh verfeinern

Bereinigen Sie die Daten mittels einer Software, die kleine Lücken repariert und den Scan vereinfacht.

3. Modell bearbeiten

Das 3D-Modell wird mit CAD-Software bearbeitet; dazu können mehrere Scans kombiniert werden.

4. Teil
slicen

Überführen Sie das Modell mit spezieller Slicer-Software in Anweisungen für den 3D-Drucker.

5. 3D-Druck vorbereiten

Versorgen Sie den Drucker mit Druckfilament und nehmen Sie die entsprechenden Einstellungen vor.

6. Teil
drucken

Drucken Sie das Teil z.B. mit einem Drucker wie dem BigRep STUDIO - perfekt für die Individualisierung von Fahrzeugen.

7. Nach-bearbeitung

Entfernen Sie nach dem Druck Stützstrukturen und überschüssiges Material und schleifen oder polieren Sie das Teil.

SCHRITTE FÜR EINEN 3D-SCAN-TO-PRINT-WORKFLOW

1. 3D-Scan des Objekts anfertigen

Das physische Objekt wird von einem hochpräzisen 3D-Scanner mit einer Genauigkeit von mindestens 100 Mikrometern erfasst.

2. Mesh verfeinern

Die gescannten Daten werden mit einer Scanner-Software bereinigt, die kleine Lücken repariert und den Scan vereinfacht.

3. Modell bearbeiten

Das 3D-Modell wird mit CAD-Software bearbeitet; dazu können wenn nötig mehrere Scans kombiniert werden.

4. Slicen

Das 3D-Modell wird durch spezielle Slicer-Software in Schichten geslict, um es in Anweisungen für den 3D-Drucker zu übersetzen.

5. 3D-Druck vorbereiten

Der Drucker wird mit dem Druckfilament vorbereitet und parametriert.

6. Drucken

Mit einem Industriedrucker wie dem BigRep STUDIO, der perfekt für die Individualisierung von Fahrzeugen geeignet ist, wird das Teil zum Leben erweckt.

7. Nachbearbeitung

Nach dem Druck wird das Objekt von Stützstrukturen und überschüssigem Material befreit, gewaschen und gehärtet sowie gesandet oder poliert.

5. Welcher 3D-Scanner eignet sich am besten für den Aftermarket der Fahrzeugindividualisierung?

Zwei Arten von 3D-Scannern werden häufig für den Aftermarket der Fahrzeugindividualisierung und für großformatige 3D-Druck-Workflows verwendet: Scanner mit strukturiertem Licht, und Laser-Triangulations-Scanner. Strukturiertes Licht bietet hohe Präzision, und ist damit die perfekte Wahl für komplexe Fahrzeugdetails. Laser-Triangulation erfasst dagegen die Gesamtform und Geometrie von größeren Objekten wie z.B. Karosserien.

Ein tragbarer 3D-Scanner mit strukturiertem Licht oder Laser-Triangulation ist eine gute Wahl für das Scannen von Fahrzeugen. Tragbare 3D-Scanner sind mobil und flexibel, so dass Sie die Objekte direkt am Auto anfertigen können, egal, wo es gerade steht. Perfekt für Individualisierungen oder Restaurierungen, die vor Ort geschehen sollen.

Bei der Wahl des tragbaren 3D-Scanners sollten Sie mehrere Faktoren berücksichtigen, darunter Scangenauigkeit, Auflösung, Bedienkomfort, Kompatibilität mit verschiedenen Oberflächenarten (reflektierende oder transparente Oberflächen), und die Software, mit denen die Daten bearbeitet werden.

Sehen Sie zu, wie Ihre 3D-Scans Gestalt annehmen

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Jetzt ist es an der Zeit, Ihren Entwurf Schicht um Schicht zum Leben zu erwecken.
Hier kommen die BigRep 3D-Drucker ins Spiel. Erfahren Sie, wie Sie mit unseren 3D-Druckern reine Konzepte in individualisierte Fahrzeugteile verwandeln. Kontaktieren Sie unser Team noch heute!

GRADUATE FROM DESKTOP. GET INDUSTRIAL.

The BigRep STUDIO G2 gets 3D printing off your desk and takes it to the next level. Operating with the same ease as a desktop 3D printer and with 10 times the build volume, the STUDIO G2 provides large-scale industrial manufacturing capabilities in a compact “fits everywhere” build.

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About the author:

Natasha Mathew

Copywriter

Natasha Mathew enjoys trying new things and one of them she’s currently obsessed with is 3D printing. Her passion for explaining complex concepts in simple terms and her knack for storytelling led her to be a writer. In her 7 years of experience, she has covered just about any topic under the sun. When she’s not carefully weighing her words, she’s reading, crafting, spinning, and adventuring. And when asked about herself, she writes in the third person.

3D-Druck eines riesigen Benchys als Benchmark für Großformat-3D-Drucker

Oktober 5, 2023September 27, 2023

Das 3DBenchy – das am häufigsten gedruckte 3D-Modell der Welt – hat die Form eines Boots und wurde als Benchmark entwickelt, um unterschiedlichste 3D-Druckparameter zu testen. BigRep stellt seinen Großformat-3D-Drucker auf den Prüfstand und produziert das weltweit größte Benchy mit ganzen 816 mm Druckhöhe. Hier erfahren Sie mehr darüber, was dieses gigantische Benchy und seine Merkmale über die 3D-Druckfähigkeiten von BigRep aussagen.

Was ist ein 3DBenchy?

Ein 3DBenchy ist ein Computermodell, das spezifisch entwickelt wurde, um die Fähigkeiten eines 3D-Druckers zu testen. Der Name dieses Modells leitet sich vom Begriff „Benchmark“ ab und spiegelt die Relevanz für den 3D-Druck wider. Ursprünglich wurde das Benchy im Jahr 2015 als STL-Datei veröffentlicht und ist oftmals das allererste Objekt, das man mit einem neuen 3D-Drucker druckt. Das Benchy hat eine Reihe von Merkmalen, die dem Zweck dienen, die Fähigkeiten und möglichen Begrenzungen eines Druckers zu testen.

Benchy-Merkmale

Die gängigsten Benchy-Merkmale umfassen Überhänge, Brücken, Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit. Alle diese Merkmale sind beim 3D-Druck maßgeblich, um die Fähigkeit des Druckers zu ermitteln, aufwendige Design zu produzieren, komplexe Geometrien zu drucken und präzise Maßvorgaben einzuhalten. Durch nähere Betrachtung der Qualität des Benchy-Drucks lassen sich Probleme und Begrenzungen des 3D-Druckers erkennen, um die erforderlichen Anpassungen vorzunehmen und somit bessere Ergebnisse zu erzielen.

Überhänge

Überhänge sind waagerechte oder schräge Linien, die über eher vertikal ausgerichtete Teile eines 3D-Drucks herausragen. Erfolgreiche Überhänge zeigen die Fähigkeit des Druckers, komplexe Geometrien zu meistern und die strukturelle Integrität ohne Abstützungen aufrechtzuerhalten.

Bridging - Design for Additive Manufacturing

Maßgenauigkeit

Die 3D-Druckmaße des Benchy können mit den ursprünglichen Spezifikationen des 3D-Modells verglichen werden. Eine maßgenaue Reproduktion ist ein entscheidendes Indiz für die Fähigkeit eines Druckers, präzise Maße einzuhalten und Skalierungsprobleme zu umgehen.

Bridging front view - Design for Additive Manufacturing

Brücken

Als Brücke wird der Übergang zwischen zwei erhöhten Punkten bezeichnet. Brücken demonstrieren die Fähigkeit eines Druckers, gleichmäßige und robuste waagerechte Abschnitte zu erstellen, die nicht in der Mitte durchsacken. Die Länge möglicher Brücken ist von der Fähigkeit des Druckers, den Slicing-Einstellungen und dem verwendeten Material abhängig.

Oberflächenqualität

Die Oberflächenqualität des Benchy-Modells ist ein wichtiges Merkmal, das es zu beurteilen gilt. Die Rauheit, Textur und das Gesamterscheinungsbild des 3D-gedruckten Benchys kann auf Fehler wie etwa Schichtlinien, Warping oder inkonsistente Extrusion getestet werden, die sich auf die Qualität des endgültigen Drucks auswirken können.

Vorteile und Herausforderungen beim Druck eines 3DBenchys

Das Benchy ist in 3D-Druckkreisen weitgehend für seine Vorteile und Herausforderungen anerkennt. Eine der größten Stärken des Modells besteht darin, unterschiedliche 3D-Drucktechnologien und deren Einsatz mit unterschiedlichen Materialien zu prüfen. Die Vielseitigkeit ermöglicht es Nutzern, die Fähigkeiten und Leistung unterschiedlicher Drucker und Materialien zu beurteilen, um genaue Erkenntnisse über ihre Stärken und Schwächen zu erlangen. Ein weiterer Vorteil beim Einsatz des Benchys ist der Fokus auf die Auswertung von Druckqualität und -genauigkeit. Mit dem Benchy als Testmodell können Nutzer das Detailniveau, die Maßgenauigkeit und die Oberflächenqualität auswerten, die sie mit ihrem 3D-Drucker erzielt haben. Diese Informationen sind wichtig, um bei den tatsächlichen Druckprodukten die gewünschte Qualität zu gewährleisten.

Neben diesen Vorteilen ist das Benchy allerdings auch mit Herausforderungen verbunden. Eines der größten Probleme dieses Tests besteht darin, dass er viel Zeit in Anspruch nimmt. Das Benchmarking erfordert den Druck eines komplexen Modells, was zeitaufwendig, ressourcenintensiv und besonders für Nutzer eine Herausforderung darstellen kann, die rasche Ergebnisse benötigen oder nur begrenzte Ressourcen zur Verfügung stehen haben.

Eine weitere Begrenzung des Benchys besteht darin, dass das Modell realistische Druckszenarien nicht vollständig widerspiegelt. Wenngleich das Modell entwickelt wurde, um Drucker mit unterschiedlichen Merkmalen und Geometrien herauszufordern, kann es nicht alle Komplexitäten und Nuancen wiedergeben, die bei tatsächlichen Druckprodukten maßgeblich sind, was die Eignung des Modells als Benchmark für realistischen Anwendungen einschränkt.

Spezifikationen des Benchys von BigRep

Das weltweit größte Benchy wurde am Hauptsitz von BigRep in Berlin gedruckt. Und obwohl es sich um ein riesiges Modell handelte, war es trotzdem nicht der größte, schwerste und zeitintensivste Druck, den das Unternehmen bewerkstelligt hat.
Die Druckspezifikationen für das Benchy von BigRep:

Drucker: BigRep ONE
Material: BigRep PLA
Düsendurchmesser: 1,0 mm
Schichthöhe: 0,6 mm
Maße: 864 x 864 x 816 mm (x, y, z)
Druckzeit: 121 Stunden
Materialgewicht: 11,1 kg

Wie hat das Benchy von BigRep abgeschnitten?

Das Benchy ist ein beliebtes und skurriles 3D-Modell, fungiert aber auch als nützliche Benchmark für die Bewertung einer Vielzahl von 3D-Druckparametern. Werfen wir einen näheren Blick auf die Ergebnisse dieses riesigen Benchys.

Überhänge

Schichthöhe, Düsendurchmesser und allgemeine 3D-Druckmaße wirken sich maßgeblich auf die Qualität von Überhängen aus. Das gigantische Benchy hat große Überhänge mit einer Spanne von bis zu 50 mm. Diese wurde ohne Abstützungen gedruckt, um die Begrenzungen des Druckers aufzuzeigen. Der BigRep ONE erzielte eine gleichbleibende Qualität mit minimalen Abweichungen beim Erscheinungsbild der Schichten.

Giant BigRep Benchy Dimensional Accuracy

Maßgenauigkeit

Die Genauigkeit hängt stark davon ab, welche Toleranzen für ein Teil gelten, damit es in der Praxis hinnehmbar ist. Bei diesem gigantischen Benchy war kein Warping erkennbar und selbst bei den anspruchsvollsten Aspekten dieses Drucks waren nur minimale Abweichungen in puncto Schichtqualität erkennbar. Für eine praxisnahe Analyse der Maßgenauigkeit kann ein 3D-Scan des Drucks mit dem Originaldesign verglichen werden, um die Toleranzen zu bestimmen.

Brücken

Einige der Brücken des Benchys sind zu lang (in diesem Fall bis zu 180 mm), um ohne Durchsacken gedruckt zu werden, und erforderten daher eine Abstützung. Das Bild oben zeigt den oberen Abschnitt einiger runder Ausschnitte, die ohne Abstützung gedruckt wurden. Hier sieht man einige leichte Fehler, im Allgemeinen ist die Qualität für einen so großen Maßstab jedoch überraschend gut.

Oberflächenqualität

Je senkrechter die Oberfläche orientiert ist, desto glatter ist das Erscheinungsbild der Schichtlinien. Je horizontaler die Oberfläche ist, desto ausgeprägter werden die Schichten und desto eher entsteht der Treppeneffekt. Mit einer relativ großen Schichthöhe von 0,6 mm sind die Unterschiede zwischen waagerecht und senkrecht orientierten Flächen deutlich sichtbar.

Schlussfolgerung

Das Benchy-3D-Modell ist zu einem Meilenstein in der Welt des 3D-Drucks geworden und dient als zuverlässige Benchmark für die Auswertung der Fähigkeiten und Begrenzungen unterschiedlicher 3D-Drucker. Seine unterschiedlichen Merkmale wie etwa Überhänge, Brücken, Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit bietet wertvolle Einblicke in die Fähigkeit des Druckers, komplexe Geometrien handzuhaben und hochwertige Drucke zu erstellen. Durch nähere Prüfung der Qualität des Benchy-Drucks lassen sich Probleme des 3D-Druckers erkennen, um die erforderlichen Anpassungen vorzunehmen und somit bessere Ergebnisse zu erzielen.

Wichtig ist jedoch, die möglichen Herausforderungen beim Einsatz des Benchys anzuerkennen. Der Test kann zeit- und ressourcenintensiv ausfallen, was gegebenenfalls kein optimales Szenario für Nutzer ist, die rasche Ergebnisse benötigen oder nur begrenzte Ressourcen wie etwa Filamente zur Verfügung stehen haben. Das Modell kann jedoch die Komplexitäten und Nuancen eines realistischen Druckszenarios nicht widerspiegeln und ist daher möglicherweise nur begrenzt für bestimmte Anwendungen geeignet.

Trotzdem bleibt das Benchy ein wertvolles Bewertungs-Tool in der 3D-Druckgemeinde. Mit dem Benchy ist umfassende Beurteilung der Druckerfähigkeiten möglich, mit der potentielle verbesserungsbedürftige Bereiche aufgedeckt werden, die es den Nutzern ermöglichen, begründete Entscheidungen bei der Wahl der Drucker und Materialien für ihre Projekte zu treffen. Indem man die Stärken und Begrenzungen versteht und auch andere Beurteilungsmethoden heranzieht, können die Vorteile des Benchys für spezifische Druck- und Anwendungsanforderungen maximiert werden.

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Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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Über dendie Autorin:

Nika Music

Digital Marketing Specialist

Nika ist Digital Marketing Specialist mit einem Hintergrund in der Technologiephilosophie. Nach dem Master-Abschluss führten Nikas Leidenschaft und Fachwissen auf diesem Gebiet Sie ganz natürlich in die spannende Welt des 3D-Drucks. Derzeit floriert Nika bei BigRep, indem Sie die Social-Media-Präsenz des Unternehmens entwickeln und die Markenbekanntheit steigern.

Wie man sechs typische Herausforderungen in der Fertigung meistert

November 3, 2023September 15, 2023

Die Unternehmenslandschaft für alle Hersteller, ob Traditionsfirma oder Startup, befindet sich in einem ständigen und immer schneller werdenden Wandel.

Dieser Artikel beschreibt die sechs wichtigsten Herausforderungen für Hersteller und bietet dafür intelligente und funktionierenden Lösungsvorschläge. Wenn Sie sich vorab mit diesen Themen beschäftigen, anstatt Probleme erst bei ihrem Auftreten zu bekämpfen, können Sie Ihr Geschäftsmodell nachhaltiger gestalten, und dadurch Ihr Geschäft und Ihre Umsätze stärken.

Hier beschäftigen wir uns mit sechs Herausforderungen in der Herstellung, die alle Produktionsfirmen betreffen. Zusätzlich erklären wir, wie Sie den Erfolg Ihres Unternehmens sichern können

1. Fachkräftemangel

HERAUSFORDERUNG

Weltweit wächst ein beunruhigende Trend; ein Mangel an Fachkräften in der Fertigungsindustrie. Die Gründe dafür sind vielfältig: fallende Beschäftigungsquoten in vielen Ländern, eine alternden Gesellschaft, ein Mangel an technisch versierten Arbeitern, und die Effekten der Corona-Pandemie, um nur ein paar Faktoren zu nennen. Ein englischsprachiger Lagebericht von The Manufacturing Institute und Deloitte Consulting hält fest, dass 22% der Arbeiter in der US-amerikanischen Fertigungsindustrie in den nächsten zehn Jahren in Rente gehen werden. Zusätzlich wird ein Mangel an Qualifikationen möglicherweise dazu führen, dass 2,1 Millionen Stellen 2030 nicht mehr besetzt werden können. Laut einem Eurofound Bericht von 2019 ist Europa ebenfalls von diesen Problemen betroffen: 39% der europäischen Fertigungsunternehmen berichteten, dass Ihre Produktion durch den Arbeitskräftemangel beeinträchtigt wurde. Dieses Jahr erklärte die Deutsche Industrie- und Handelskammer (DIHK), dass über die Hälfte der Firmen in Deutschland wegen dem Fachkräftemangel Schwierigkeiten dabei hatte, freie Stellen zu besetzen.

LÖSUNG

Der 3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, macht es möglich, auch Arbeiter ohne traditionelle Fertigungsqualifikationen in der Produktentwicklung, Kleinserienproduktion und industriellen Fertigung einzusetzen. Der 3D-Druck vereinfacht den Produktionsablauf, da komplexe Teile und Prototypen direkt aus digitalen Entwürfen gedruckt werden, und komplizierte Fertigungsprozesse mit minimalem menschlichen Eingreifen durchgeführt werden können. Arbeiter müssen nicht mehr hochqualifiziert sein, um Maschinen zu bedienen und manuelle Aufgaben auszuführen.

Der digitale Designprozess kann z.B. vereinfacht werden, indem man ein existierendes Teil scannt, daraus ein 3D-Modell generiert, und dieses dann wiederum 3D-druckt. Zudem können auch Menschen ohne viel Design-Erfahrung einen Design-Konfigurator verwenden, um existierende 3D-druckbare Entwürfe anzupassen. Möchten Sie mehr über die Design-Konfiguration erfahren? Dann sollten Sie sich mit den BigRep FLOW Konfigurationstools beschäftigen.

2. Bestandsverwaltung

HERAUSFORDERUNG

Die Bestandsverwaltung stellt Hersteller oft vor eine große Herausforderung. Sie müssen Kundenwünsche vorhersagen, doch diese Kundenwünsche ändern sich ständig. Dazu kommt, dass Waren von Zulieferern manchmal verspätet ankommen, und die Produktion deswegen angehalten werden muss. Es ist zwar teuer, zu viele Waren im Bestand zu haben, aber es ist viel schlimmer, wenn die Waren ausgehen. Andererseits gibt es Produkte, die schnell schlecht oder obsolet werden. Das Ganze wird noch schwieriger, wenn das Portfolio viele Produkte enthält; allerdings ist es keine leichte Aufgabe, zu entscheiden, welche Produkte wegfallen können. Es ist eine Gratwanderung: man braucht gerade genug Inventar, um die Anforderungen abzudecken, aber es ist auch gut, Ersatz vorzuhalten, falls doch etwas unerwartetes geschieht.

Forbes berichtet, dass ein typisches Fertigungsunternehmen heute 30 Tage mehr an Inventar vorhält, als es noch Anfang 2007 der Fall war. Ein ausreichender Bestand ist zwar ein wichtiger Puffer, wenn es zu Problemen in der Lieferkette kommt, aber er ist auch einer der Hauptursachen für Verschwendung bei Firmen. Überflüssige Bestände binden das Kapital und bringen zusätzliche Kosten, z.B. für Lagerung, Versicherung und Wertverlust. In einer sich ständig ändernden Welt ist die Entscheidung, wie man mit dem Inventar umgeht, ein bisschen wie ein Strategiespiel, dass man spielen muss, um in dem Herstellungssektor nicht zurückzufallen.

LÖSUNG

Der 3D-Druck ermöglicht eine Just-In-Time-Produktion, da Teile genau dann produziert werden können, wenn sie gebraucht werden. Dank erheblich kürzerer Vorlaufzeiten im Vergleich zu traditionellen Fertigungsmethoden können Sie schnell auf Veränderungen in der Nachfrage reagieren und rechtzeitig liefern. Wie in einem digitalen Lager können 3D-Designs auf Servern oder in der Cloud gespeichert werden; das betreffende Teil wird dann einfach gedruckt, wenn eine Bestellung eingeht. Dies mindert zusätzlich das Risiko der Überproduktion und minimiert die Kosten für überschüssige Bestände. Immer mehr Firmen 3D-drucken Komponenten, Produkte und Ersatzteile auf Anforderung; unter den Erstanwendern sind Unternehmen wie die Deutsche Bahn, Bentley, Miele, und Shell. Wenn Sie mehr über 3D-gedruckte Ersatzteile auf Anforderung wissen möchten, können Sie unser englischsprachiges eBook lesen:Deutsche Bahn Goes Additive with BigRep.

3. Abhängigkeiten und Transparenz von Lieferketten

HERAUSFORDERUNG

Als Hersteller sind Sie stets abhängig von Ihren Zulieferern für Materialien, Komponenten und Dienstleistungen. Jedoch birgt jede Abhängigkeit in der Lieferkette auch das potentielle Risiko von Verspätungen, Mangel an Verfügbarkeit oder Preissteigerungen. Je größer das Unternehmen, desto höher die Risiken, die von Ausfällen in der Lieferkette und der komplexen Logistik ausgehen. Wie die durch Corona verursachten Lieferproblemen gezeigt haben, kann ein Problem enorme Konsequenzen nach sich ziehen.

Doch die Probleme mit Lieferketten sind nicht nur rein praktischer Natur: Verbraucher verlangen inzwischen von Unternehmen mehr Transparenz über ihre Fertigung. Kunden schätzen heutzutage Produkte, die qualitativ hochwertig, nachhaltig und fair gehandelt sind, und sie sind bereit, mehr für solche Produkte zu bezahlen. Eine Studie von Forschern an der MIT Sloan School of Management zeigt, dass Verbraucher für Produkte mit mehr Lieferkettentransparenz zwischen 2% und 10% mehr zahlen würden. Hersteller müssen also nicht nur ihre Lieferketten unterhalten, um ihr Geschäft am Laufen zu halten; sie müssen auch überlegen, wie ihre Lieferantenwahl das Vertrauen der Verbraucher beeinflusst.

LÖSUNG

Mit dem 3D-Druck können Firmen vor Ort produzieren. Sie sind dadurch weniger abhängig von entfernt gelegenen Zulieferern und den Auswirkungen von globalen Probleme in Lieferketten. Mit einem digitalen Lager wird sogar eine dezentrale Produktion möglich: Sie schicken einfach Ihre 3D-Datei an den Ort, wo das Teil benötigt wird, und drucken es dort. Mit mehr Kontrolle über Ihre Lieferketten können Sie Anlaufzeiten stärker beeinflussen und müssen sich weniger mit unerwarteten oder gestiegenen Kosten herumschlagen.

Wenn Sie eine interne 3D-Druck-Produktion einführen, können Sie viel leichter Ihre Lieferketten überwachen und regeln, und können so der Nachfrage nach mehr Transparenz gerecht werden. Sie besitzen ihre eigenen Produktionsprozesse, und müssen gleichzeitig weniger Schritte und Logistik überwachen. Durch eine dezentrale Fertigung wird Ihre Produktion umweltfreundlicher, und Sie benötigen weniger Transport und sonstige Logistik. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie der 3D-Druck Ihre Abhängigkeit von Lieferketten reduzieren kann, dann können Sie unser englischsprachiges eBook lesen: How to Reduce Lead Times with In-House Supply Chains.

Design for Additive Manufacturing (DfAM)

4. Flexibilisierte Massenproduktion

HERAUSFORDERUNG

Immer mehr Industrien greifen den Trend zur flexibilisierten Massenproduktion auf. Manche davon sind etablierte Marken, die ihr Produktangebot mit Individualisierungsoptionen erweitern und dadurch ihre Umsätze erhöhen. Andere wiederum, Nischenhersteller und Startups, profitieren davon, dass sie keine teuren Fabriken und komplizierten Lieferketten haben. Laut Forbes sind maßgeschneiderte Produkte die Zukunft für kleine und mittelständische Unternehmen, und The Deloitte Consumer Review berichtet, dass über 50% der Verbraucher Interesse an personalisierten Produkten haben (beide Artikel sind nur auf Englisch verfügbar).

Kunden sind bereit, mehr für einzigartige Produkte zu zahlen. Bisher waren die Herstellungskosten für solche Produkte höher. Viele Kunststoffprodukte werden zum Beispiel in Formen gegossen, die aufwendig auf CNC-Fräsen hergestellt werden. Für die industrielle Fertigung ist dieser Prozess kosteneffektiv, doch für Kleinserien und Einzelprodukte sind die Kosten sehr hoch. Hersteller müssen versuchen, maßgeschneiderte Produkte industriell und kostengünstig zu fertigen.

LÖSUNG

Beim 3D-Druck gibt es keine zusätzlichen Kosten für Einzelanfertigungen und Kleinserien. Egal, ob Sie identische oder angepasste Produkte drucken, die Herstellungskosten variieren nur in Abhängigkeit von Materialverbrauch und Druckzeit. Wenn Sie Ihre Endanwendungsteile und Endprodukte 3D-drucken, dann können Sie diese Teile ohne zusätzliche Kosten anpassen. Herkömmliche Vorrichtungen, z.B. CNC-gefräste Formen, sind haltbar und langlebig, doch die Kosten sind untragbar, wenn solche Formen nur begrenzt oder sogar nur einmal verwendet werden. Obwohl 3D-gedruckte Vorrichtungen weniger haltbar sind, bieten sie die perfekte Lösung für kleinere Produktionsmengen, und sie sind robust genug, um ihre Aufgabe zu erfüllen. Lesen Sie in diesem englischsprachigen Blog mehr über flexibilisierte Massenproduktion und die Vorteile des 3D-Drucks.

5. Geschäft erweitern

HERAUSFORDERUNG

Hersteller müssen den richtigen Zeitpunkt für jede Geschäftserweiterung finden. Zu früh, und es gibt finanzielle Schwierigkeiten, betriebliche Probleme und Qualitätsverlust. Zu spät, und man riskiert Marktsättigung, verpasste Chancen, und einen Wettbewerbsnachteil gegenüber etablierten Firmen. Um den richtigen Zeitpunkt zu finden, müssen Sie die richtigen Fragen stellen. Ist Ihr Produkt marktreif? Wenn Ihr Produkt sich nicht gut verkauft, müssen Sie vielleicht Ihr Angebot umstrukturieren oder das Produkt überarbeiten. Haben Sie die Kapazitäten, den Produktionsanforderungen gerecht zu werden, wenn die Nachfrage steigt?

LÖSUNG

Für ein optimales, qualitativ hochwertiges Produktangebot mit guten Marktchancen brauchen Sie einen iterativen Designprozess. Mit herkömmlichen Produktionsmethoden bedeutet das normalerweise Outsourcing und/oder manuell gefertigte Prototypen; beides bringt hohe Kosten und lange Produktionszeiten mit sich. Der 3D-Druck wird generell als die beste Lösung für Rapid Prototyping gesehen; die beiden Begriffe werden sogar manchmal synonym verwendet. Mit dem 3D-Druck können Sie schnell ein Design oder einen funktionalen Prototypen herstellen, alle nötigen Veränderungen vornehmen, und dann einen neuen Druck produzieren, bis Ihr Produkt perfekt ist.

Der großformatige 3D-Druck ermöglicht es sogar, große Prototypen in Originalgröße zu drucken. Wenn Ihr Produkt sich nicht gut verkauft, können Sie Ihr Produkt durch den Iterationszyklus verbessern. Und was, wenn Ihr Produkt perfekt ist und die Nachfrage hoch? Dank dem 3D-Druck können Sie diese Nachfrage durch interne Produktion bedienen, mit einfacher Logistik und kurzen Lieferketten.

Kurz gesagt: mit dem 3D-Druck kommen Sie schneller auf den Markt, und können Ihre Produktion wie nötig hochfahren. Wenn Sie Erfolgsgeschichten hören möchten, wie der 3D-Druck Unternehmen hilft, schnell zu iterieren, schneller zu produzieren, und Produkte schneller auf den Markt zu bringen, dann schauen Sie doch unser Webinar Wie der 3D-Druck die Markteinführungszeit verkürzt und die individuelle Anpassung von Nutzfahrzeugen ermöglicht.

6. Mit der Automatisierung Schritt halten

HERAUSFORDERUNG

Der ständige technische Fortschritt treibt die Nachfrage an und zwingt Hersteller dazu, große Aufträge zu erfüllen. Die Automatisierung kurbelt die Produktivität an, erhöht die Qualität und spart dabei Kosten. Und, was vielleicht noch wichtiger ist: sie macht es möglich, Daten zu sammeln und zu analysieren, die wiederum verwendet werden können, um die Entscheidungsfindung zu optimieren und Ergebnisse stetig zu verbessern. Der Markt für Robotic Process Automation (RPA) wurde 2022 auf 2,3 Milliarden Dollar geschätzt, und soll zwischen 2023 und 2030 eine durchschnittliche Wachstumsrate von fast 40% erreichen. Für kleine und mittelständische Unternehmen ist das ein Problem, da ihre großunternehmerischen Wettbewerber es sich leisten können, ihre Fertigungsanlagen mit KI effizienter zu machen. Die Automation ist inzwischen fest verankert, und darf deswegen nicht vernachlässigt werden.

LÖSUNG

Ein digitalisierter Workflow kann Ihnen helfen, mit dem Supertrend der Automatisierung mitzuhalten, und der 3D-Druck kann hier eine wichtige Rolle spielen. Sie müssen nur entscheiden, welche Prozesse und Technologien modernisiert werden müssen, und wie sie in die existierenden Arbeitsabläufe integriert werden können, um Ihr Unternehmen agiler und effizienter zu machen.

Sie könnten Ihren Prototyping-Prozess für schnellere und datengestützte Design-Iterationen digitalisieren. Im Produktionsprozess können Sie dann 3D-gedruckte Vorrichtungen produzieren, um Ihren Produktionsablauf zu optimieren. Sie könnten auch Komponenten scannen, um so perfekt angepasste 3D-gedruckte Werkzeuge zu erhalten. Vielleicht möchten Sie z.B. Sensoren in diese maßgeschneiderten Werkzeuge integrieren, um während der Produktion wertvolles Feedback zu erhalten. Mit einem industriellen 3D-Drucker können Sie durch Automatisierungen in den Kalibrier- und Druckphasen verlässliche Ergebnisse erzielen.. Sie können den 3D-Druck auch mit Robotern, Fräsen oder KI kombinieren, und so die Stärken all dieser Technologien in einer intelligenten automatisierten Lösung zusammenbringen.

Zusammenfassung

Der 3D-Druck ist eine transformative Lösung für Herausforderungen in der Fertigung. Er vereinfacht komplexe Prozesse und reduziert dadurch den Bedarf an hochqualifizierten Mitarbeitern. Er verstärkt die Belastbarkeit von Lieferketten durch dezentrale Produktion auf Anforderung, optimiert die Bestandsverwaltung durch Minimieren der benötigten Lagerbestände, und ermöglicht flexibilisierte Massenproduktion. Durch den 3D-Druck können Sie Ihr Geschäft flexibel und effizient expandieren; zudem kann die Automatisierung nahtlos in die Produktion integriert werden, was wiederum die Produktivität erhöht und gleichzeitig die Lohnkosten senkt. Mit dem 3D-Druck wird die Fertigung agiler, effizienter und zukunftsfähiger.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Sie Herausforderungen in der Fertigung mithilfe von 3D-Druck überwinden können?

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Finden Sie heraus, wie der 3D-Druck Produktionskosten reduzieren und Produktionsgeschwindigkeiten erhöhen kann. Fachkräfte und Outsourcing können Kosten und Vorlaufzeiten massiv erhöhen, vor allem für Einzelteile und Kleinserien. Erfahren Sie, wie der großformatige 3D-Druck Prozesse optimieren, Logistik vereinfachen und Lieferkettenrisiken minimieren kann. Lassen Sie sich das Webinar nicht entgehen:

Maximize Efficiency for Localized Production

INDUSTRIEQUALITÄT TRIFFT KOSTENEFFIZIENZ.
KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.

Der BigRep PRO ist ein Großformat-3D-Drucker, der auf hohe Produktivität in der industriellen Fertigung ausgelegt ist. Für Ingenieure und Hersteller bildet der 3D-Drucker eine in hohem Maße skalierbare Lösung, mit dem Teile und Produkte für den Endverbraucher oder Fertigungswerkzeuge aus technischen Hochleistungswerkstoffen effizient hergestellt werden können. Mit einem großzügigen Bauvolumen von 1 m³ trägt dieser schnelle und zuverlässige 3D-Industriedrucker zur Beschleunigung Ihrer Produktion bei.

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Über die Autorin:

Lindsay Lawson

Leiterin Productmarketing

Mit einem Master of Fine Arts in New Genres, und mit viel Erfahrung in den Bereichen Skulptur und Animation, hat Lindsay die Welt des 3D-Drucks für sich entdeckt. Sie beschäftigt sich vorwiegend mit Anwendungen für den großformatigen 3D-Druck, mit Schwerpunkt auf Nachbearbeitungstechniken und Design für die additive Fertigung.

Wie man Profilbuchstaben und Werbeschilder 3D-druckt

September 8, 2023

Die Industrielandschaft für Hersteller von Profilbuchstaben ändert sich rasant. Traditionelle Methoden sind zuverlässig, doch der 3D-Druck bietet eine nie dagewesene Effizienz und Anpassungsfähigkeit. Der 3D-Druck kann Herstellern dabei helfen, ihre Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, Kosten zu reduzieren, und dabei verschiedenste Kundenansprüche zu befriedigen.

Dieser Artikel erklärt die Vorteile und Herstellung von 3D-gedruckten Profilbuchstaben.

Grundlagen des 3D-Drucks für Profilbuchstaben

Was ist 3D-Druck?

3D-Druck, auch genannt additive Fertigung, ist ein Prozess in dem aus digitalen Entwürfen physikalische dreidimensionale Objekte werden. 3D-Drucker tragen eine Schicht Material nach der anderen auf, und können dadurch komplexe Entwürfe präzise und genau ausführen. Diese Technik wird in verschiedensten Bereichen angewendet, vom Gesundheitswesen bis hin zur Automobilindustrie – und jetzt auch für Firmenschilder.

Warum Profilbuchstaben 3D-drucken?

Der Hauptvorteil an 3D-gedruckten Profilbuchstaben ist ihre einzigartige Flexibilität. Traditionelle Herstellungsmethoden sind oft beschränkt, vor allem, wenn es um eigene Entwürfe oder kurzfristige Anpassungen geht. Der 3D-Druck hingegen ermöglicht maßgeschneiderte Designs, speziell zugeschnitten auf das einzigartige Markenimage einer Firma. Firmen können so eine Beschilderung erhalten, die nicht nur funktional ist, sondern auch den Charakter der Marke wiedergibt.

Unkomplizierter 3D-Druckprozess

1. Profilbuchstaben entwerfen

Im ersten Schritt des 3D-Druckprozesses wird ein digitales Design entworfen. Dank intuitiver Software können sogar Menschen mit minimaler Designerfahrung ein digitales Modell der gewünschten Beschilderung produzieren. Anpassungen sind unkompliziert, so dass das Endprodukt perfekt zur Firmenvision passt.

2. Das richtige Material wählen

Die Materialauswahl ist entscheidend, um ein langlebiges und attraktives Endprodukt zu erhalten. Für 3D-gedruckte Schilder gibt es eine große Bandbreite an Materialien, von robusten Kunststoffen bis hin zu Metallen. Jedes Material hat seine Vorteile, so dass Firmen das passende Material für ihre Bedürfnisse und ihr Budget auswählen können.

3. 3D-Druck und Nachbearbeitung

Nach dem Entwurf und der Materialauswahl beginnt der eigentliche Druckprozess. Moderne 3D-Drucker sind effizient, und übersetzen digitale Entwürfe mit bemerkenswerter Präzision in physikalische Objekte. In manchen Fällen müssten die gedruckten Profilbuchstaben nachbearbeitet werden, z.B. durch Schleifen oder Lackieren, um das Erscheinungsbild und die Langlebigkeit zu optimieren.

Profilbuchstaben entwerfen

Anfangs ist es gewiss eine Herausforderung, eigene Designs für den 3D-Druck zu entwerfen, aber mit der richtigen Herangehensweise kann der Prozess nahtlos sein.

Software: Als erstes sollten Sie eine 3D-Modellierungssoftware auswählen, die zu Ihren Fähigkeiten passt. Tools wie Tinkercad und SketchUp sind benutzerfreundliche Optionen für Anfänger, während erfahrenere Anwender sich eher für Blender oder Fusion 360 entscheiden.

Typographie: Wenn Sie Ihre Profilbuchstaben entwerfen, sollten Sie darauf achten, dass die Schrift lesbar ist und zu Ihrer Markenidentität passt. Denken Sie auch daran, dass dickere Schriften oft haltbarer und einfacher zu drucken sind. Sie sollten auch die Fähigkeiten des 3D-Druckers beachten, wenn Sie Ihre Buchstaben dimensionieren: extrem dünne Buchstaben zum Beispiel sind möglicherweise nicht druckbar.

Skalierung und Maße: Stellen Sie sicher, dass Ihr Design maßstabsgetreu ist. Messen Sie den Ort, an dem das Schild aufgestellt wird, und passen Sie Ihr digitales Modell dementsprechend an. Dadurch stellen Sie sicher, dass der fertige Druck perfekt an den vorgesehenen Ort passt.

Richtiges Speicherformat: Speichern Sie das fertige Design in einem Format, das mit Ihrem 3D-Drucker kompatibel ist, üblicherweise .STL oder .OBJ.

Materialproben für BigRep Filamente

Das richtige Material wählen

Sie sollten das Material sorgfältig auswählen, da es die Haltbarkeit, das Erscheinungsbild und die allgemeine Effektivität Ihrer Profilbuchstaben bestimmt:

PLA (Polymilchsäure): PLA ist eine beliebte Wahl für den 3D-Druck. Es ist biobasiert, benutzerfreundlich und kostengünstig. Es ist in einer Vielzahl von Farben erhältlich und eignet sich besonders gut für Schilder im Innenbereich, da es empfindlich gegenüber UV-Strahlen und hohen Temperaturen ist.

ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylat): ASA ist aufgrund seiner UV-Beständigkeit und Haltbarkeit eine ausgezeichnete Wahl für Schilder für den Außenbereich. Das Material erhält selbst unter anhaltender Sonneneinstrahlung seine Farbe und mechanischen Eigenschaften, und ist dadurch besser für Anwendungen im Außenbereich geeignet als ABS. Obwohl die Oberfläche der von ABS ähnlich ist, benötigt ASA ein geheiztes Druckbett und ist deswegen möglicherweise schwieriger zu drucken als PLA.

PETG (PETG (Polyethylenterephthalat mit Glykol): PETG ist so gut zu verdrucken wie PLA und so beständig wie ASA, und ist dadurch ein sehr vielseitiges Material. Dank seiner UV-Beständigkeit und Festigkeit ist es für Anwendungen sowohl im Innenbereich als auch im Außenbereich geeignet. Darüber hinaus hat PETG die höchste Lichtdurchlässigkeit der üblicherweise verwendeten FFF-Materialien. Dies kann bei der Herstellung von Profilbuchstaben und Beschilderungen von Vorteil sein.

Oberfläche und Haltbarkeit Bei der Materialauswahl sollten Sie die zukünftige Umgebung Ihres Schildes berücksichtigen. Für Schilder im Außenbereich sind UV-beständige und wasserfeste Materialien wie ASA und PETG perfekt geeignet. Sie sollten sich auch überlegen, ob die Oberfläche glänzend, matt oder strukturiert sein soll, und das dazu passende Material wählen.

BigRep Fiber-Ready PEX (Power Extruders)

3D-Druck und Nachbearbeitung

Nach Design und Materialauswahl müssen Sie Ihre Profilbuchstaben nur noch zum Leben erwecken.

Drucker kalibrieren: Bevor Sie loslegen, sollten Sie sicherstellen, dass Ihr 3D-Drucker kalibriert ist. Ist das Druckbett eben? Ist die Düse sauber? Und passen die Temperatureinstellungen zu den gewählten Materialien? ASA benötigt z.B. eine höhere Extrudertemperatur als PLA.

Stützstrukturen: Wenn Ihr Design sehr komplex ist, benötigt es womöglich Stützstrukturen. Diese temporären Strukturen helfen beim Drucken von Überhängen und komplizierten Details, und können nach dem Druck entfernt werden. Sie können die Stützstrukturen während des Slicing-Prozesses hinzufügen, mit dem Sie Ihre 3D-Druckdatei erstellen, den sogenannten G-Code. Eine Slicer-Software wie BigRep BLADE kann automatisch die notwendigen Stützstrukturen aus den Voreinstellungen erstellen.

Schichtauflösung: Wählen Sie die Schichthöhe für Ihren Druck. Mit einer kleineren Schichthöhe erreichen Sie eine glattere Oberfläche bei längeren Druckzeiten. Umgekehrt reduziert eine größere Schichthöhe die Druckzeit, aber die gedruckten Objekte benötigen oft mehr Nachbearbeitung für eine glatte Oberfläche.

Nachbearbeitung: Nach dem Druck ist oft noch etwas Reinigung und Feinarbeit notwendig, unter anderem:

Entfernen von Stützmaterial: Sie können die Stützstrukturen abbrechen; wenn Sie ein wasserlösliches Stützmaterial wie BigRep BVOH verwendet haben, können Sie die Strukturen auch einfach auflösen.
Schleifen: Damit glätten Sie die Schichtlinien oder Mängel.
Lackieren oder versiegeln: Vor allem wenn Sie eine spezielle Farbe oder zusätzlichen Schutz gegen die Elemente möchten.

Zusammenbau: Wenn Ihr Schild aus mehreren Teilen besteht, müssen Sie diese Teile mit starken Klebstoffen oder anderen Verbindungsmethoden zusammenfügen.

Stützstrukturen sind so konzipiert, dass sie sich nach dem 3D-Druck leicht lösen lassen.

Wirtschaftliche Aspekte von 3D-gedruckten Profilbuchstaben

Anfängliche Ausgaben

Die Anfangskosten für einen 3D-Druckers, die Materialien und die Software werden oft durch die langfristigen Vorteile überwogen. Im Vergleich zu den wiederkehrenden Kosten für traditionelle Beschilderungsmethoden kann der 3D-Druck erhebliche Einsparungen erzielen, vor allem dann, wenn es um maßgeschneiderte Designs geht.

Langfristige Einsparungen

Wenn Sie im eigenen Haus drucken können, müssen Sie diese Aufgaben nicht extern vergeben. Das reduziert Vorlaufzeiten und Kosten. Zudem bedeutet die Flexibilität des 3D-Drucks, dass Änderungen schnell möglich sind, und keine erheblichen Kosten mit sich ziehen. Das ist besonders für solche Firmen interessant, die Ihre Beschilderung nach Saison oder für Werbeaktionen ändern. Und natürlich kann man mit einem 3D-Drucker fast alles produzieren, nicht nur Profilbuchstaben. Wenn Sie erst einmal einen im Haus haben, werden Sie sicherlich viele Anwendungen entdecken, die durch den 3D-Druck einfacher und günstiger werden.

3D-Druck Erfolgsgeschichten

ProLicht produziert komplexe und maßgeschneiderte 3D-gedruckte Schilder

ProLicht entwickelt und produziert weltweit Lösungen für beleuchtete Reklame und komplexe Werbeinstallationen für Marken und Firmendesign. Die Firma vertraut dabei auf moderne Technik, darunter den firmeneigenen BigRep ONE, um höchst individualisierte Produkte in hoher Qualität zu fertigen.

ProLicht hat den BigRep ONE in einen modernisierten Workflow integriert, bei dem 95% intern produziert wird. Dadurch hat die Firma das Qualitätsmanagement in der Hand, und damit die volle Kontrolle über Implementierungen.

Mit dem vollen Portfolio von ProLicht können alle Wünsche für das Erscheinungsbild (CI / CD) globaler Marken erfüllt werden.

Durch Qualität und Nachhaltigkeit in der Entwicklung, Produktion und Installation der Beschilderungslösungen schafft ProLicht einen bleibenden Wert.

Beleuchtete Profilbuchstaben in der BigRep-Zentrale

Das kreative Team bei BigRep zeigt in dem Video, wie es ein großformatiges, maßgeschneidertes Schild in der gewünschten Größe, Schriftart und Farbe 3D-gedruckt hat. Das Schild wurde ohne Stützfilament für den BigRep ONE entworfen, so dass der Druck sehr schnell und kostengünstig war. Dank dualer Extrusion sind zwei verschiedene Filamente (eins farbig, eins transparent) in einen einzigen Druck integriert, so dass sich die Markenfarben mit dem durch das transparente Material verbreiteten Licht vermischen.

Tipps und Tricks für 3D-gedruckte Profilbuchstaben

Die Lebensdauer der 3D-gedruckten Profilbuchstaben maximieren

Regelmäßige Wartung kann die Lebensdauer Ihrer Beschilderung verlängern. Dazu zählt eine regelmäßige Reinigung, um Staub und Fremdkörper zu entfernen, und eine regelmäßige Prüfung auf Verschleiß und Schäden. Wenn sich Ihr Schild draußen befindet, könnten Sie als Schutz vor der Witterung ein UV-beständiges Dichtmittel auftragen.

Kreative Ideen

Der 3D-Druck eröffnet eine ganze Welt voller Möglichkeiten. Es geht nicht nur um Buchstaben. Sie können Logos, Symbole und sogar interaktive Elemente zu Ihrer Beschilderung hinzufügen. Beim 3D-Druck sind Ihrer Fantasie kaum Grenzen gesetzt.

Wartung und Pflege

Stellen Sie sicher, dass Ihr Schild sicher befestigt ist, damit es nicht durch starke Winde oder andere externe Faktoren beschädigt wird. Prüfen Sie es regelmäßig auf Anzeichen von Verschleiß oder Schäden, und reparieren Sie diese sofort, um die Integrität und das Erscheinungsbild zu erhalten.

3D-gedrucktes Schild von ProLicht

Die Welt der Firmenschilder hat durch den 3D-Druck einen Wandel erlebt. Mit dieses Technik können Hersteller markante, haltbare und kostengünstige Beschilderungen erschaffen, die genau zu der Markenidentität passen. In der sich ständig entwickelnden Welt des 3D-Drucks ist jetzt ein guter Zeitpunkt für Unternehmen, diese Innovation zu ergreifen und sich gegen die Konkurrenz abzusetzen.

Innovationen zu ergreifen ist das Zeichen einer zukunftsorientierten Firma. Wenn Sie sich von dem Potential von 3D-gedruckten Profilbuchstaben inspiriert fühlen, dann ist es jetzt an der Zeit, den Sprung zu wagen. Egal, ob Sie ein junges Unternehmen sind oder ihre existierende Beschilderung modernisieren möchten, der 3D-Druck eröffnet Ihnen ungeahnte Möglichkeiten.

Haven Sie sich schon mit 3D-gedruckter Beschilderung beschäftigt? Oder sind Sie gerade dabei, eine Entscheidung zu fällen?

Sprechen Sie mit uns! Lassen Sie uns gemeinsam die Zukunft der Firmenbeschilderung neu definieren!

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

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Über den Autor:

Dominik Stürzer

Head of Growth Marketing

Dominik ist Maschinenbauingenieur, dessen Leidenschaft, Wissen weiterzugeben, ihn dazu brachte, selbst Inhalte zu verfassen. Seine ersten 3D-Drucke fertigte er in der Universität an. Damals waren die 3D-Drucker von außen groß und von innen klein. Mit BigRep sind die Maschinen jetzt endlich groß in ihren Möglichkeiten.

So wählen Sie aus, welche Funktionen Sie auf Ihrem BigRep ONE benötigen

Juni 6, 2023

So wählen Sie aus, welche Funktionen Sie auf Ihrem BigRep ONE benötigen

Der BigRep ONE ist ein großformatiger FFF-3D-Drucker (FFF: Fused Filament Fabrication, Schmelzschichtung), der für die Herstellung hochwertiger, langlebiger Bauteile entwickelt wurde und Ihnen Zeit und Geld spart. Mit einem riesigen Bauvolumen von einem Kubikmeter und vielseitigen Funktionskonfigurationen eignet er sich perfekt für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Prototypen, Möbeldesign, kreative Exponate, Automobilkomponenten, Werkzeugbau und vieles mehr.

Die neueste Version, der BigRep ONE.4, kann mit verschiedenen Modulen und Add-ons konfiguriert werden. Passen Sie den spezifischen großformatigen 3D-Drucker an Ihre aktuellen Bedürfnisse an, während Sie auch die Möglichkeit haben, aufzurüsten, wenn sich diese Bedürfnisse in Zukunft ändern. Es ist wichtig, die Standardfunktionen und -fähigkeiten des BigRep ONE als modularen 3D-Drucker zu verstehen, damit Sie den ONE an Ihre spezifischen Anforderungen an die additive Fertigung anpassen können.

Welche Funktionen hat der BigRep ONE.4 bereits?

Die neueste Version des BigRep ONE verfügt über eine Reihe fantastischer Funktionen, mit denen Sie die volle Kontrolle über Ihre Drucke haben.

Riesiges Druckvolumen

Mit seinem riesigen Bauvolumen von einem Kubikmeter ist der ONE.4 einer der größten 3D-Drucker in der FFF-Fertigung und bietet Ihnen die Möglichkeit, Ihr Potenzial in einer Weise zu entfalten, die kleinere Drucker einfach nicht erreichen können.

Geschlossenes Gehäuse

Der ONE.4 ist mit einem Plexiglasgehäuse ausgestattet, das sich perfekt zur Überwachung des Druckvorgangs und zur Präsentation Ihrer Arbeit vor potenziellen Besuchern eignet. Sie bietet außerdem einen CE-konformen Bedienerschutz: Wenn Sie das Gehäuse mitten im Druckvorgang öffnen, wird die Maschine angehalten. Das Gehäuse reduziert die Temperaturschwankungen innerhalb des Bauraums, was für die Aufrechterhaltung von Qualität und Konsistenz wichtig ist, insbesondere bei längeren Druckvorgängen.

PEX Fiber-Ready Extruder

Mit einer 0,6mm, 1,0mm oder 2,0mm Düse ausgestattet, bietet der faserfähige Power Extruder (PEX) vielseitige Lösungen von maximaler Detailgenauigkeit bis hin zum High-Flow 3D-Druck. Mit BigRep-Materialien wie Biopolymeren, wasserlöslichen Trägermaterialien, technischen Materialien und faserverstärkten Filamenten lassen sich erstaunliche Ergebnisse erzielen, und der faserfähige Power Extruder ist auch für den Druck mit Materialien anderer Hersteller geeignet.

Teilautomatisiertes Druckbett

Das 1m²-Druckbett ist mit einer Polyimid-Folie überzogen, um sicherzustellen, dass Ihr Druck auf dem Druckbett fixiert bleibt, wobei eine zusätzliche Haftung mit Kleber wie Magigoo möglich ist. Der ONE.4 verfügt über eine halbautomatische Kalibrierung des Druckbetts, um die richtige Extrusion und Haftung der ersten Schichten Ihres Drucks sicherzustellen. Für eine vollautomatische Kalibrierung und noch mehr Steuerungsmöglichkeiten lohnt es sich jedoch, den BigRep PRO zu testen.

Out-of-Filament Sensor

Der Sensor des BigRep ONE unterbricht alle Druckvorgänge, wenn das Filament zur Neige geht. Dies ist wichtig für große Drucke, bei denen mehrere Spulen verbraucht werden können. Ersetzen Sie einfach das Filament und setzen Sie Ihren Druck fort.

Intuitive Benutzeroberfläche

Für die vollständige Optimierung und Kalibrierung Ihres Drucks ist der BigRep ONE mit einer intuitiven Benutzeroberfläche ausgestattet. Sie hilft Ihnen, aus der Ferne oder manuell mit einem USB-Stick gcodes (Druckdaten) auf das System zu laden, das Druckbett zu kalibrieren, den Druckvorgang zu stoppen und zu starten und Systeme in Verbindung mit BigRep CONNECT zu überwachen.

Filament-Kammer

Die Filament-Kammer wurde so konzipiert, dass es für alle Standard-Spulengrößen geeignet ist, einschließlich zwei Spulen mit bis zu 8 kg. Dies ermöglicht eine längere, kontinuierliche Druckzeit.

Serienmäßige Kamera

Für besonders große Drucke, die Tage oder sogar Wochen dauern können, ist es wichtig, dass Sie Ihre Drucke aus der Ferne von Ihrem Computer, Tablet oder Mobilgerät aus überwachen können. Der ONE.4 ist mit einer Webcam ausgestattet, die an Ihrem Drucker angebracht ist und für sorgenfreie Ausdrucke sorgt. Mit der Kamera können Sie auch Zeitraffervideos erstellen, die für Ihr Marketing nützlich sein können.

Welche Konfiguration ist für mich geeignet?

Der ONE.4 lässt sich an Ihre spezifischen Bedürfnisse anpassen, was mit der von Ihnen gewählten Extruderkombination beginnt.

EINZELMODUS

Die einfachste Konfiguration besteht aus einem Power Extruder mit einer 1mm-Düse und ist die günstigste Option. Dies ist eine hervorragende Lösung für die Erstellung von Prototypen und das Testen von großformatigen Drucken mit einem geringeren Budget.

DUAL-MODUS

Unsere beliebteste Konfiguration ist der Dual-Modus, der eine doppelte Extrusion ermöglicht. Dies ist ideal, wenn Sie komplexe Geometrien drucken und wasserlöslichen Support benötigen, der sich nach dem Druck leicht entfernen lässt. Einige Kunden bevorzugen es, verschiedene Düsengrößen auf beiden PEX zu behalten, um den Austausch von Düsen für verschiedene Drucke zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil von Doppelextrudern besteht darin, dass zwei verschiedene Primärmaterialien eingesetzt werden können, um schnell zwischen Filamenten zu wechseln. Eine beliebte Kombination aus Material und wasserlöslichem Support ist BigRep PLX mit BigRep BVOH.

TWIN-MODUS

Der Twin-Modus eignet sich perfekt, wenn Sie mehrere Drucke der gleichen Geometrie wünschen, wodurch Sie Ihren Aussoß verdoppeln können. Da beide Extruder gleichzeitig drucken, produzieren Sie zwei Versionen eines beliebigen Objekts zur gleichen Zeit, was die Kosten senkt und die Zeit bis zum fertigen Bauteil um 50% reduziert. Im Twin-Modus kann jeder Extruder nur eine Hälfte des Bauvolumens drucken, so dass für größere Drucke, die ein Bauvolumen von mehr als 0,5 m2 benötigen, der Dual- oder Single-Modus erforderlich ist.

Welche zusätzlichen Module sind verfügbar?

Der BigRep ONE ist ein modularer Drucker, so dass Sie die Funktionen auswählen können, um Ihren 3D-Drucker entsprechend Ihren spezifischen Anforderungen zu optimieren. Hier sind die nützlichen Add-Ons, die Sie vielleicht in Betracht ziehen möchten:

Keep-Dry Modul

Wenn Sie die Qualität verbessern und möglichst hochwertige Drucke erstellen möchten, ist es wichtig, Ihre Materialien trocken zu halten, insbesondere technische und hydroskopische Filamente. Die Keep-Dry-Box schützt Filamente vor Feuchtigkeit und Staub, was besonders für Materialien wie TPU, BVOH und HI-TEMP wichtig ist.

Angeschlossene Kamera

Für zusätzliche Sicherheit kann der ONE.4 mit einer USB-Kamera ausgestattet und in BigRep CONNECT integriert werden. Dies ist eine neue Überwachungs- und Analysesoftware, mit der Sie Drucke, Auftragswarteschlangen, Materialverbrauch und vieles mehr verfolgen können... und BigRep CONNECT ist kostenlos.

Dual Mode-Zusatzmodul

Wenn Sie bereits über den Single Mode verfügen, können Sie bei Bedarf aufrüsten, um mit zwei Extrudern anstelle von einem zu drucken. Dies ist auch notwendig, zuerst zu installieren, wenn Sie im Twin Mode drucken möchten.

Twin-Modus Add-On

Wenn Sie bereits den Dual-Modus aktiviert haben, können Sie mit dem Twin-Kit-Add-On auch auf den Twin-Modus aufrüsten.

Benutzerdefinierte Farbe

Der BigRep ONE ist mit seinen markentypischen orangefarbenen Ecken leicht zu erkennen, aber Sie können Ihren ONE.4 mit der Option für benutzerdefinierte Farben umgestalten, um ihn an das Farbschema oder die Corporate Identity Ihres Unternehmens anzupassen.

Drei verschiedene Charaktere des BigRep ONE

Im Rennen um den Erfolg im 3D-Druck ist Wissen die halbe Miete. Das Verständnis der vollen Fähigkeiten des ONE sollte Ihnen einen Hinweis darauf geben, welche Funktionen Sie benötigen, um das Beste aus Ihrem 3D-Drucker herauszuholen. Es ist immer wichtig, genau zu überlegen, welche Ziele Sie verfolgen, bevor Sie den ONE auf diese Wünsche zuschneiden. Um Ihnen einen Anhaltspunkt zu geben, haben wir drei mögliche Kombinationen zusammengestellt, mit denen Sie arbeiten können:

Der Sprinter

Wie der Name schon sagt, geht es beim Sprinter um Schnelligkeit und er eignet sich hervorragend für das Starten der Serienproduktion. Sobald das Design und die Kalibrierung, der Materialeinsatz und die Bettnivellierung festgelegt sind, arbeitet der Sprinter schnell und effizient, um gleichzeitig zwei identische Teile zu produzieren. Ein mögliches Sprinter-Setup könnte die Twin-Mode-Extruderkonfiguration mit einer 1mm-Düse umfassen, die die Produktionskapazitäten verdoppelt, sowie eine CONNECT-Kamera zur Überwachung von 3D-Drucken über lange Zeiträume.

Das Wesentliche

Wenn Sie einen großformatigen 3D-Drucker zu einem geringeren Preis wünschen, sollten Sie sich für das Wesentliche entscheiden. Entscheiden Sie sich für eine unkomplizierte, rein geschäftliche ONE.4-Konfiguration, die sich perfekt für schnelle Tests und Produktion eignet. Das Wesentliche enthält einen faserfertigen Power Extruder mit einer 1,0-mm-Düse. Perfekt für Einsteiger - eine robuste Lösung zu minimalen Kosten.

Der Perfektionist

Der Perfektionist ist eine ONE.4-Konfiguration, die sich für Anwendungen eignet, die beste Qualität unter Verwendung leistungsfähiger Materialien erfordern. Für komplexe Geometrien wird der Dual Mode empfohlen, damit der ONE.4 wasserlösliche Träger wie BigRep BVOH zusammen mit einer Reihe kompatibler Materialien drucken kann. Um empfindliche Materialien in optimalem Zustand zu halten, sollten Sie zusätzlich die Keep-Dry Box verwenden, um die Filamente vor Feuchtigkeit und Staub zu schützen. Für maximale Detailgenauigkeit kann man eine 0,6-mm-Düse für feinere Drucke mit niedrigeren Schichthöhen verwenden.

Schränken Sie sich nicht ein

In der Welt des 3D-Drucks gibt es keine Grenzen für Ihre Möglichkeiten. Mit dem BigRep ONE haben Sie die Möglichkeit, einen 3D-Drucker zu entwickeln, der genau Ihren Vorstellungen entspricht.

Wenn sich Ihre 3D-Druckanforderungen weiterentwickeln, können Sie Ihren ONE einfach mit zusätzlichen Funktionen aufrüsten, um mit Ihnen mitzuwachsen. Wenn Sie eine maßgeschneiderte Lösung für Ihre Bedürfnisse benötigen, wenden Sie sich bitte noch heute an unser Team.

LARGE-SCALE INNOVATION. LIMITLESS CREATIVITY.

The BigRep ONE is an award-winning, large-format 3D printer at an accessible price point. With over 500 systems installed worldwide, it's a trusted tool of designers, innovators, and manufacturers alike. With a massive one-cubic-meter build volume, the fast and reliable ONE brings your designs to life in full scale.

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About the author:

Lindsay Lawson

Head of Product Marketing

With an MFA in New Genres, Lindsay's background in sculpture and animation eventually led her to the world of 3D printing. She is primarily focused on applications using large-format 3D printing with additional emphasis on post-processing techniques and design for Additive Manufacturing.

Design Für Die Additive Fertigung: Best Practices Für Bessere 3D-Drucke

Juni 30, 2023Februar 12, 2023

Design für die additive Fertigung:
Best Practices für bessere 3D-Drucke

Dank 3D-Druck kann man heute unendlich viele individuelle und innovative Lösungen entwerfen. Bastler verwenden den 3D-Druck, um ihre eigenen Heimwerkerprojekte zu kreieren und zu optimieren. Für industrielle Zwecke bietet die additive Fertigung (AM) um ein Vielfaches mehr, vor allem, wenn man einen großformatigen Drucker von BigRep besitzt. Zusätzlich zur Designfreiheit bieten 3D-Drucker viele weitere Vorteile: kostengünstige kundenspezifische Anpassungen, schnellere Markteinführungen, weniger Materialverschwendung, und die Vermeidung von komplizierten Logistik- und Lieferketten.

Es sind jedoch nicht alle Entwürfe für die additive Fertigung geeignet. Mit den richtigen Kenntnissen holen Sie das Beste aus Ihrem Drucker heraus, vor allem in den anfänglichen Entwurfs- und Konzeptphasen. Hier kann Design for Additive Manufacturing (DfAM) für den Erfolg Ihres Projekts entscheidend sein.

Was Ist Design for Additive Manacturing

Die additive Fertigung (AM) ist ein Prozess, in dem ein Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird. Sie ist das Gegenteil der subtraktiven Fertigung, bei der ein Objekt durch das Entfernen von überschüssigem Material produziert wird. Ein Beispiel ist die CNC-Bearbeitung. Obwohl die Begriffe oft synonym verwendet werden, ist der 3D-Druck nur die häufigste Form der additiven Fertigung. DfAM ist eine Methode, mit der man Teile speziell für die additive Fertigung entwerfen kann. Die Voraussetzungen unterscheiden sich von denen für andere typische Fertigungsprozesse wie z.B. den Spritzguss. Anders als traditionelle Designregeln bilden DfAM-Prinzipien einen Leitfaden für Designer*innen. Damit können sie die einzigartigen Kapazitäten des 3D-Drucks voll ausschöpfen und gleichzeitig einige Nachteile durch intelligente Lösungen umgehen.

In diesem Leitfaden werden einige Faktoren erklärt, die ein Design geeignet für den 3D-Druck machen, sowie DfAM-Prinzipien vorgestellt, mit denen Sie die Erzeugnisse Ihres 3D-Druckers verbessern können.

Warum DfAM

DfAM-Kenntnisse sind entscheidend, wenn man erfolgreiche, reproduzierbare und skalierbare Ergebnisse erzielen möchte, die die Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks voll ausschöpfen. Welche Vorteile bieten die folgenden DfAM Richtlinien für Sie?

Niedrigere Material- und Teilkosten: Durch Implementierung der DfAM-Prinzipien vermeidet man unnötige Stützstrukturen, was wiederum den Materialverbrauch und die Druckkosten reduziert. Mithilfe von generativer Designsoftware und KI können Teile so entworfen werden, dass sie einen minimalen Materialverbrauch haben und dennoch die Anforderungen an die Teile erfüllen.
Schnellere Druckzeiten: Großformatige 3D-Drucke können Tage oder sogar Wochen dauern! Wenn Komponenten für die additive Fertigung optimiert sind, können Sie den effizientesten Druckplan erstellen, um die Druckzeit so weit wie möglich zu minimieren.
Bessere Skalierbarkeit: Entwürfe, die nach den DfAM-Prinzipien entworfen wurden, können ohne große Veränderungen auf verschiedenen Druckern gedruckt, sowie vergrößert oder verkleinert werden. 3D-Drucker können Teile sequentiell in Chargen drucken, und in manchen Fällen sogar parallel, was die Produktionszeit für jedes Teil drastisch reduziert.
Bessere Teilefestigkeit: Durch Anwendung der DfAM-Prinzipien können Sie die Festigkeit Ihrer 3D-Drucke erhöhen und gleichzeitig dessen Eigenschaften verändern, darunter Teilgewicht, Flexibilität und vieles mehr.

DfAM Best Practices

Obwohl DfAM-Prinzipien viele Vorteile bringen, hängen einige spezifische Designentscheidungen von der gewählten 3D-Drucktechnik ab. Die DfAM Best Practices werden Ihnen in jedem Fall dabei helfen, Materialverbrauch und Druckzeit zu reduzieren, die Festigkeit von Bauteilen zu erhöhen und Topologie und Leistung zu optimieren, egal, welche 3D-Drucktechnik Sie verwenden.

1. DfAM hängt von Ihrem spezifischen 3D-Drucker ab

Bevor Sie Designs für den 3D-Druck erstellen, sollten Sie wissen, welche verschiedenen Prozesse zur Verfügung stehen. Unter den beliebtesten 3D-Druckprozessen findet man FFF (oft wird hierfür auch der geschützte Name FDM verwendet), SLA und SLS.

FFF (fused filament fabrication)Beim 3D-Druck wird geschmolzenes Plastik in Schichten auf einem Druckbett abgelegt. Das Plastik, in Form eines aufgewickelten Filaments, wird durch eine geheizte Düse geführt, die das Material erweicht und in einem dünnen Strom extrudiert. Der Drucker legt dann dieses geschmolzene Plastik gemäß den Designspezifikationen für das gedruckte Modell ab. Sobald eine Schicht vollendet ist, bewegt sich der Extruder in großformatigen FFF 3D-Druckern genau eine Schicht an der Z-Achse aufwärts, und legt dann eine weitere Schicht auf der vorigen ab. Bei kleinformatigen Druckern bewegt sich das Druckbett um eine Schicht nach unten, damit die nächste Schicht gedruckt werden kann. Dieser Prozess wiederholt sich, bis das Modell fertig ist. Kleinformatige FFF 3D-Drucker sind relativ einfach und kostengünstig, und sind deshalb bei Hobbyisten und Heimnutzern sehr beliebt. Großformatige spezialisierte FFF-Maschinen können jedoch qualitativ hochwertige Ergebnisse produzieren, und sind dadurch eine zukunftsfähige Option für professionelle und industrielle Anwendungen. Jeder FFF-3D-Drucker benötigt Stützstrukturen für Teile mit Überhangwinkeln, und um größere Distanzen zu überbrücken. Die Mindestwandstärke, Schichthöhen und andere Einstellungen hängen vom FFF-3D-Druckermodell ab. FFF-3D-Drucker können mit verschiedenen Materialien drucken, doch praktisch alle Filamente bestehen aus einem Polymer und können auch Fasern, Metall, Holz oder andere Additive enthalten. Manche FFF-Drucker können wasserlösliche Materialien für die gedruckten Stützstrukturen nutzen, so dass sie leicht zu entfernen sind.
SLA (Stereolithografie) verwendet ultraviolettes (UV) Licht, um lichtempfindliche Harzschichten eine nach der anderen auszuhärten. Wenn eine Schicht gedruckt ist, bewegt sich die harzgefüllte Wanne mit dem zu druckenden Teil um eine Schichtdicke nach unten. Manche SLA-Drucke benötigen Stützstrukturen, die etwas von FFF-Stützstrukturen abweichen und nicht mit wasserlöslichen Materialien gedruckt werden können. Normalerweise müssen SLA-Drucke nach dem Drucken gereinigt werden, um Überreste von nicht ausgehärtetem Harz zu entfernen, da das Teil sonst klebrig und schädlich für die menschliche Haut wäre.
Beim SLS-Verfahren(Selektives Lasersintern) schmilzt ein Laser pulverförmige Materialien auf, um Schicht für Schicht ein 3D-Objekt zu produzieren. Wenn eine Schicht gedruckt wurde, wird das Pulverbett um eine Schichthöhe herunterbewegt, so dass eine nächste Schicht auf der vorigen gesintert werden kann. SLS-Drucke brauchen keine Stützstrukturen, weil der Druck während des Druckprozesses von nicht-gesintertem Pulver umgeben ist. Fertige SLS-Drucke müssen meist gereinigt werden, manchmal mithilfe von speziellen Maschinen, um das lose Pulver von dem 3D-gedruckten Teil zu entfernen.

2. Reduzieren Sie den Materialverbrauch und die Druckzeiten

Wenn Sie ein 3D-Modell für die additive Fertigung entwerfen, sollten Sie unbedingt berücksichtigen, wie viel Material benötigt wird, und wie lange es dauert, bis das Endprodukt fertig ist. Ein reduzierter Materialverbrauch kann Produktionskosten reduzieren und den Produktionsprozess beschleunigen. So können Sie den Materialverbrauch reduzieren:

Reduzieren Sie die Oberflächendetails im Modell: Software für 3D-Drucker bietet meist spezielle Werkzeuge, mit denen man die Oberflächendetails im 3D-Modell reduzieren kann.
Optimieren Sie die Slicereinstellungen: Sie können den Fülldichteanteil, die Wandanzahl und mehr reduzieren.
Ändern Sie die Ausrichtung der Teile: Reduzieren Sie Druckzeiten, Materialverbrauch und Stützstrukturen durch optimierte Anordnung der Teile.

3. Fassen Sie Teile zusammen

Ein Vorteil des 3D-Drucks ist, dass Teile, die früher separat produziert und dann zusammengefügt werden mussten, heute als ein einziges, integriertes Teil 3D-gedruckt werden können. Dadurch können Sie Druckzeiten und Montagezeiten reduzieren, Produktionsgeschwindigkeiten erhöhen, und die Teilefestigkeit steigern. Zusätzlich ist eine Bauteilintegration oft nur mit 3D-gedruckten Teilen möglich; die DfAM-Richtlinien können Ihnen also dabei helfen, die Vorteile der additiven Fertigung voll auszuschöpfen. Vorteile der Bauteilintegration sind unter anderem:

Reduzierung der Gesamtanzahl von Teilen, die produziert werden müssen, was wiederum die Logistik vereinfachen und Montagezeiten reduzieren kann
Reduzierung der Produktionszeit für jedes Teil
Reduzierung der Abfallmengen, die durch den Fertigungsprozess generiert werden
Reduzierung der internen Spannungen und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des fertigen Teils

4. Optimieren Sie die Topologie

Prinzipien zum Optimieren der Topologie zielen darauf ab, mit minimalen Materialmengen die Leistungsanforderungen zu erfüllen, um dadurch das Gewicht der Komponente zu minimieren. Zuerst müssen Sie die mechanischen Leistungsanforderungen (zum Beispiel Steifigkeit oder Festigkeit) und entwurfsbedingten Beschränkungen (zum Beispiel maximale zugelassene Spannung oder Verformung) festlegen. Manche CAD-Programme können simulieren, wie Ihre Teile auf verschiedene Lasten reagieren. Ausgehend von den Analyseergebnissen können Sie dann automatisch die verschiedenen Designparameter einstellen, bis Sie eine optimale Lösung finden. Durch Optimieren der Topologie können Sie die Festigkeit, die Steifigkeit oder das Gewicht des Teils verbessern und gleichzeitig Fertigungskosten sparen. Hier wird oft eine Finite Element Analyse (FEA) eingesetzt, um die Effekte von Designänderungen auf die Eigenschaften des Teils zu bewerten. Mit den Ergebnissen ist es dann möglich, ein neues effizienteres und effektiveres Design zu kreieren.

DfAM Richtlinien

Die minimale Strukturgröße beschreibt die Mindestbreite oder -höhe, die ein 3D-Drucker präzise drucken kann.

1. Minimale Strukturgröße

Die minimale Strukturgröße beschreibt die Mindestbreite oder -höhe, die ein 3D-Drucker präzise drucken kann. Scharfe Kanten, Löcher, hervorstehender Text und Aussparungen sind Strukturen, bei denen eine Minimalgröße ausschlaggebend für den Erfolg sein kann. Egal entlang welcher Achse ein Teil ausgerichtet wird, ergeben sich normalerweise Beschränkungen durch die verwendete 3D-Drucktechnik, sowie durch die spezifische Hardware (z.B. Düsengröße) und die Präzision der Maschine.

Wenn in Ihrem 3D-gedruckten Teil Löcher vorgesehen sind, wird der Mindestdurchmesser von verschiedenen Faktoren beeinflusst, die wiederum von der 3D-Drucktechnik abhängen. Beim SLS-Druck müssen die Löcher z.B. einen Mindestdurchmesser von 1,5 mm aufweisen, damit das Pulver nicht in den Löchern hängenbleibt. Beim FFF-3D-Druck dagegen hängt der Mindestlochdurchmesser hauptsächlich von der Düsengröße und der Schichthöhe ab.

Eine DfAM-Empfehlung ist, dass alle spitze Ecken abgerundet oder mit Fasen versehen werden, um Spannung zu verringern. Das Abrunden oder Anfasen von scharfen Kanten sorgt für die Verteilung von Kräften, die sonst auf eine spezifische Stelle in dem Design wirken würden.

2. Wandstärke und Schichthöhe

Die Wandstärke beschreibt die Dicke der gedruckten Umrissschichten des Objekts, und ist abhängig von der Anzahl an Wandlinien (Wall Line Count). Die absolute minimale Wandstärke ist eine einzige extrudierte Linie (Anzahl der Wandlinien: 1) und hängt von der Düsengröße ab: Sie darf nicht kleiner sein als der Düsendurchmesser, und sollte sogar etwas größer sein, üblicherweise um einen Faktor von 1,2. Zusätzliche Wandlinien, wie z.B. innere Wände und Infillwände können dünner sein als der Düsendurchmesser, sollten aber 60% nicht unterschreiten.

Die Berechnung der Mindestwandstärke sollte auch die Gesamtgeometrie und den Verwendungszweck des 3D-Drucks berücksichtigen. Für ein funktionales Objekt, das Spannung oder Lasten ausgesetzt wird, sind dickere Wände mit einer höheren Anzahl an Wandlinien unverzichtbar. Dagegen können dünnere Wände mit weniger Linien genügen, wenn das Objekt als Prototyp für eine Designiteration oder Passungsprüfung gedacht ist. Je dicker die Wände, desto länger die Druckdauer, und desto höher das Teilegewicht.

Die Schichthöhe ist die Dicke jeder Schicht, gemessen an der Z-Achse, und hat ebenfalls einen Einfluss auf Ihre DfAM-Entscheidungen. Obwohl die Einstellungen für die Schichthöhe während des Slicings bestimmt werden, können Sie Ihr Design an die geplanten Einstellungen anpassen. Die minimale Strukturgröße hängt zum Beispiel von der Schichthöhe ab; Sie sollten also keine Strukturen entwerfen, die Ihr 3D-Drucker nicht produzieren kann.

Die Schichthöhe hängt vom Düsendurchmesser ab, und muss kleiner sein als der Düsendurchmesser, üblicherweise um einen Faktor zwischen 0,3 und 0,6. Je höher die Schichthöhe, desto schneller der Druck, und desto rauer die Schichtstruktur an der Oberfläche. Die Teilfestigkeit wird auch von der Verbindung zwischen den Schichten beeinflusst; höhere Schichthöhen verbessern leicht die Festigkeit. Üblicherweise werden niedrigere Schichthöhen für feinere, präzisere Drucke mit glatteren Oberflächen verwendet. Dagegen sind höhere Schichthöhen von Vorteil, wenn man schneller drucken will und die Oberflächengüte nicht allzu wichtig ist, oder durch Nachbearbeitung hergestellt werden kann.

3. Stützstrukturen

Obwohl sie streng genommen kein Teil des Designprozesses sind, kann man Stützstrukturen vermeiden, indem man den DfAM-Prinzipien folgt. Dies wiederum reduziert Druckzeiten und Materialverbrauch und verbessert gleichzeitig die Oberflächengüte.

Stützstrukturen sind temporäre Strukturen, die 3D-gedruckte Objekte verstärken. Sie verhindern, dass die Objekte während des Druckprozesses einbrechen und verbessern deren Gesamtfestigkeit und Langlebigkeit. 3D-Modelle mit Überhängen oder Elemente mit einer kleinen Kontaktfläche mit dem Druckbett benötigen während des 3D-Drucks Stützstrukturen. Teile mit feinen Strukturen oder Bereichen mit niedriger Dichte brauchen möglicherweise Stützstrukturen, damit Sie nicht während des 3D-Drucks beschädigt werden. Jeder 3D-Drucker und jedes Material hat eigene Grenzen, ab denen Stützen benötigt werden; die Faustregel besagt, dass Teile mit vertikalen Winkeln von maximal 50° keine Stützen benötigen.

Stützstrukturen sind dafür gedacht, nach dem Druckprozess entfernt zu werden. Breakaway-Stützen können aus dem gleichen Material gedruckt werden, aus dem auch der Druck selbst gefertigt wird, und werden nach dem Drucken manuell entfernt. Ein anderer Ansatz sind Stützstrukturen aus einem meist wasserlöslichen Material, die nach dem Drucken einfach aufgelöst werden können. Sie sind oft leichter zu entfernen und sorgen für eine bessere Oberflächenqualität. Wenn Sie die DfAM-Richtlinien für Überhänge und Brücken befolgen (siehe unten), dann brauchen Sie weniger oder sogar gar keine Stützstrukturen.

4. Überhänge

Ein Überhang ist eine geometrische Form, die über die vorige Schicht ohne eine Stützstruktur hervorragt. Ist ein Überhang zu steil, typischerweise über 50°, wird er ohne Stützstruktur einstürzen oder in sich zusammenfallen.

Wenn Sie Objekte für die additive Fertigung entwerfen, können Sie diese Winkel anpassen, um innerhalb der maximalen Überhangswinkel zu bleiben, so dass keine Stützstrukturen benötigt werden. Das hat drei Vorteile: die gedruckte Oberfläche sieht besser aus, das Teil wird schneller gedruckt, und es wird weniger Material benötigt. Mit dem BigRep BLADE Slicer können Sie die Stützstrukturen automatisch für spezifische Material- und Maschinenprofile entwerfen. Wenn Sie mit größeren maximalen Überhangswinkeln experimentieren wollen, können Sie diese Einstellung ändern und die automatisch generierten Stützen reduzieren. Die Materialwahl beeinflusst ebenfalls den maximalen Überhangswinkel, der ohne Stützen möglich ist. Wenn es Ihr Projekt erlaubt, können Sie ein Material wählen das größere Überhangwinkel toleriert, um das Drucken von Stützen zu vermeiden.

5. Bridging

Man spricht von Bridging (Brückenbildung), wenn ein Material mitten in der Luft gedruckt wird, um zwei oder mehr ansonsten nicht verbundene Segmente ohne eine Schicht darunter zu verbinden. Um erfolgreich eine Brücke zu bilden, muss das Material dazu in der Lage sein, sein eigenes Gewicht und das des Modells zu tragen. Die maximale Brückenlänge hängt von Material und 3D-Drucker ab. Wenn diese Grenze überschritten wird, hängt die Brücke durch, falls keine Stützstrukturen darunter gedruckt werden. Wenn Sie ein Material wählen, das bessere Bridgingeigenschaften hat, dann können Sie auf gedruckte Stützen verzichten, ohne Ihr Design zu ändern.

Wie im folgenden Bild gezeigt, wird die Qualität der Brücke schlechter, je länger die Brücke ist. Anders gesagt: ab einem gewissen Punkt (abhängig von Material, Drucker und Geometrie) hängt die Brücke durch. Das folgende Bild zeigt einen Testdruck von verschiedenen Brückenlängen, gedruckt mit einem BigRep ONE und mit PLA Filament. Hier sieht man, dass die Brückenqualität ab einer Länge von 50mm abnimmt. Bedenken Sie, dass dieser Testdruck nur eine Vereinfachung einer realen 3D-Druckanwendung darstellt; Ihr 3D-Druck wird im Vergleich zum Testdruck wahrscheinlich kürzere Brücken oder Stützstrukturen benötigen.

6. Ausrichtung

Die Teileausrichtung ist eine Einstellung, die während dem Slicing bestimmt wird. Wenn Sie diese Einstellung während der Designphase berücksichtigen, können Sie Ihren Entwurf dementsprechend verändern und verbessern.

Indem Sie die Ausrichtung des Teils im Bauraum des Druckers ändern, können Sie die Teilefestigkeit und die Oberflächenqualität verbessern, die Druckzeit verkürzen, und 3D-gedruckte Stützstrukturen vermeiden. Für festere Teile sollte der Druck so orientiert sein, dass die gedruckten Schichten senkrecht zu der Richtung stehen, in der Kraft auf das Teil ausgeübt wird. Grund dafür ist, dass die Verbindung zwischen den Schichten die schwächste Stelle des gedruckten Teils darstellt. Wenn die Schichten senkrecht zu den Kräften liegen, denen das gedruckte Teil ausgesetzt wird, wird das Teil bruchfester.

Ist ein Teil korrekt orientiert, werden weniger Leerbewegungen (der Druckkopf bewegt den Extruder an eine andere Stelle, ohne zu drucken) und gedruckte Stützen benötigt.

Die Oberflächenqualität kann auf zweierlei Arten negativ durch die Teileausrichtungbeeinflusst werden: Stützstrukturen und Treppeneffekt. Stützstrukturen lassen die Oberfläche eines 3D-gedruckten Teils rauer und unregelmäßiger wirken; in manchen Fällen kann das Entfernen der Stützstrukturen sogar die Oberfläche beschädigen. Beim Treppeneffekt hat das gedruckte Objekt starke Rillen in der Oberfläche, wie im rechten Bild gezeigt. Es gibt mehrere Wege, die Oberfläche glatter erscheinen zu lassen. Man kann zum Einen die Schichthöhe reduzieren, doch das verlängert die Druckzeit. Man kann das Teil aber auch so ausrichten, dass die Schichten senkrecht zu der Oberfläche des 3D-gedruckten Teils aufgebaut werden. Wenn eine spezielle Fläche glatter sein soll, sollte das Teil so orientiert werden, dass die Fläche so vertikal wie möglich ist (bezogen auf das Druckbett).

7. Maßabweichungen

In der additiven Fertigung geben Maßabweichungen an, welche Abweichungen vom ursprünglichen 3D-Modell akzeptabel sind oder erwartet werden. Anders gesagt: sie beschreiben, wie sehr der 3D-Druck dem digitalen Modell ähnelt. Wenn Sie Teile für den 3D-Druck entwerfen, sollten Sie unbedingt diese Maßabweichungen berücksichtigen, da der Druckprozess zu Ungenauigkeiten führen kann.

Stützstrukturen können zu höheren Abweichungen führen, wenn sie bei ihrer Entfernung eine zu raue oder verzogene Druckfläche hinterlassen. Es ist sehr wichtig, Maßabweichungen zu verstehen, da sie bestimmen, wie gut ein Teil sitzt und seine vorgesehene Funktion erfüllt. Ein deutlich zu klein gefertigtes 3D-gedrucktes Teil kann zum Beispiel beim Einsatz in eine andere Struktur wackeln, während ein zu groß gedrucktes Teil schwierig zu montieren sein oder übermäßigen Verschleiß verursachen könnte.

Die möglichen Toleranzen für ein 3D-gedrucktes Teil sind abhängig von der Präzision des 3D-Druckers, seiner Komponenten, und dem verwendeten Material. Eine präzise Fertigung kann durch inkorrekte Kalibrierung des Druckers oder starke Vibrationen während des Drucks beeinträchtigt werden. Die erreichbaren Toleranzen hängen auch von Düsendurchmesser und Schichthöhe ab. Eine 0,6 mm-Düse kann kleinere Toleranzen erreichen als eine 2 mm-Düse. Höhere Schichthöhen führen zu einer gröberen Oberflächenauflösung, was die möglichen Toleranzen des 3D-gedruckten Teils beeinträchtigt.

8. Infill

Die Füllung bzw. Infill ist eine 3D-gedruckte Innenstruktur, meist in Gitterform, die das Innere eines 3D-gedruckten Teils ausfüllt. Die Art und Dichte der Füllung werden während des Slicings festgelegt, aber es ist hilfreich zu wissen, welche Füllung benötigt wird wenn Sie Ihr Teil entwerfen.

Die Füllung erfüllt zwei Funktionen: sie verstärkt das Teil, und sie stützt die oberen Schichten bei bestimmten Geometrien. Die Füllung kann in einer Vielzahl von Mustern gedruckt werden, wie z.B. Gitter, Dreieck und Gyroid; ihre Dichte hängt von den Slicereinstellungen ab, und reicht von 0-100%. Mit einer Füllung von 0% wird das Teil leichter und kann schneller gedruckt werden, aber es wird auch weniger fest. Es ist eigentlich nie notwendig, eine 100%-Füllung zu drucken, weil die Füllung ein Teil ab einem gewissen Prozentsatz nur vernachlässigbar stärkt. Die zweite Funktion der Füllung, nämlich die oberen Schichten zu stützen, ist nur für manche Geometrien relevant. Wenn der obere Bereich kleiner ist als eine typische Brücke, dann wird keine Füllung benötigt, solange sie nicht für die Festigkeit notwendig ist. In der Praxis brauchen die meisten 3D-gedruckten Teile eine Füllung, die die oberen Schichten stützt. Die nötige Fülldichte für die oberen Schichten hängt von der Anzahl an oberen Schichten, den Maschineneigenschaften und dem verwendeten Material ab. Wenn ein 3D-gedrucktes Teil nur eine obere Schicht hat, können die gedruckten Füllwände einsacken; dies lässt sich mit zusätzlichen Schichten kompensieren, sodass die oberste Schicht das erwünschte Erscheinungsbild aufweist.

Die korrekten Einstellungen hängen von Ihren Projektanforderungen ab. Für ein Objekt mit niedriger Festigkeit können Sie z.B. die Fülldichte reduzieren, um Zeit zu sparen. In einem DfAM-Entwurf sollte die Füllung so stark wie für die Festigkeit erforderlich sein, und das bei möglichst geringem Materialeinsatz. Dies reduziert das Gewicht des Teils sowie die Gesamtkosten für den Druck.

Wenn möglich, können Sie die Geometrie Ihres Teils ändern, um den Bedarf an Füllung zu reduzieren oder die Füllung ganz wegzulassen. Dies ergibt einen schnelleren 3D-Druck, bessere Oberflächenqualität und weniger Materialverbrauch.

Testen und Validieren Sie Ihr Design

Wenn Sie den DfAM-Prinzipien folgen, können Sie den Erfolg Ihres Designs vor und nach dem Drucken bewerten.

DfAM Software

Eine „Design-for-Manufacturing“-Software wie DFM Pro kann feststellen, ob die DfAM-Regeln befolgt wurden. Die Software identifiziert mögliche Fertigungsprobleme mit dem 3D-Teil und schlägt Lösungen vor. Automatische Lösungen sind ebenfalls möglich.

FEA Software

Mit einer FEA-Software (Finite Element Analyse) können Sie die mechanischen Eigenschaften Ihres Designs vor dem Druck prüfen. Sie können Ihr Design mithilfe von DfAM-Richtlinien, KI und/oder spezieller Software anpassen, um die Parameter in Ihrem digitalen 3D-Modell zu verbessern.

Test Printing

Wenn Ihr 3D-Drucker kalibriert und funktionsfähig ist, können Sie das Teil damit drucken, um den Erfolg Ihres Designs zu prüfen, und den Prozess so oft wie nötig wiederholen. Die Fähigkeit, auf einfache Weise Testobjekte zu drucken, zu bewerten, umzukonstruieren und wieder zu drucken ist ein riesiger Vorteil der AM.

Grenzen des DfAM

Obwohl DfAM viele Vorteile hat, gibt es immer noch Einschränkungen, die von dem spezifischen 3D-Drucker, dem Material oder der 3D-Druckanwendung abhängen. Die DfAM-Richtlinien können einen 3D-Druck zwar verbessern, doch sie können es nicht kompensieren, wenn bereits anfängliche Fehler im Entwurf die Gesamtfunktionalität eines Teils beeinträchtigen.

DfAM kommt auch nicht gegen menschliches Versagen an. Einerseits kann man mit Expertise die Qualität und das Ergebnis positiv beeinflussen. Andererseits kann Erfahrung ohne die Unterstützung von Algorithmen oder KI nicht alles erreichen, insbesondere bei der Betrachung neuartiger Problemstellungen. Die Notwendigkeit, Designiterationen zu erstellen und drucken kann die Kosten erhöhen und Zeitpläne verzögern. Wenn die Zeit für Designiteration begrenzt ist, kann durch Software (z.B. DFM oder FEA) und Hardware (3D-Scanner) die Wahrscheinlichkeit von Fehlern reduziert werden. Hier können jedoch zusätzliche Werkzeuge und Softwarekompetenzen nötig werden.

Eine Kritik an DfAM ist, dass strikte Designregeln homogenere Designs zur Folge haben, die weniger originell und innovativ sind. Andererseits eröffnet die additive Fertigung eine ganze Welt an Designmöglichkeiten, die mit anderen Produktionsmethoden niemals möglich wären.

Fazit

DfAM ist eine leistungsfähige Sammlung an Konstruktions-Richtlinien, mit denen das Endergebnis der additiven Fertigung verbessert werden kann. Für den industriellen 3D-Druck ist DfAM besonders wichtig, da dadurch bessere, leichtere und robustere Produkte entstehen.

DfAM ist ein sich stets entwickelnder Satz an Richtlinien und Best Practices und kann für spezielle Designaufgaben oder sich unterschiedliche 3D-Drucktechniken angepasst werden.

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The BigRep PRO is a 1 m³ powerhouse 3D printer, built to take you from prototyping to production. It provides a highly scalable solution to manufacture end-use parts, factory tooling or more with high-performance, engineering-grade materials. Compared with other manufacturing and FFF printing solutions, the PRO can produce full-scale, accurate parts faster and at lower production costs.

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About the author:

Dominik Stürzer

Head of Growth Marketing

Dominik is a mechanical engineer whose passion to share knowledge turned him to content creation. His first 3D prints started in university. Back then the 3D printers were big on the outside and small on the inside. With BigRep the machines are finally big in their possibilities.

3D Druck Mit Kohlefaser: Wie Man Starke Bauteile 3D-Druckt

Oktober 23, 2023Januar 24, 2023

3D-Druck Mit Kohlefaser: Wie Man Starke Bauteile 3D-Druck

Die Zugabe von Kohlenstofffasern in Filamenten verbessert sowohl die Festigkeit als auch die Steifigkeit. Die zusätzliche Festigkeit und erhöhte Steifigkeit durch die zugeführten Fasern führt zu einem besseren Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, wodurch leichtere, stärkere Teile in geringerer Druckzeit entstehen.

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Carbonfaser für Ihr Unternehmen von Nutzen sein kann und lernen Sie mehr über die einzigartigen Eigenschaften von CF-Filamenten.

Was sind Carbonfaser-Filamente?

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFRP) vereinen die Qualitäten und Leistungseigenschaften von Carbonfasern mit dem Polymermaterial, das sie verstärken. Die Druckbarkeit und einfache Verwendung eines Standard-Thermoplasts wie PLA, ABS oder PET wird durch die Zugabe von geschnittenen oder kontinuierlichen Kohlenstofffasern verbessert.

Geschnittene Fasern werden meist für die industrielle Produktion und auch für den 3D-Druck verwendet. Diese Kohlenstofffasern dienen als "Füllmaterial" in thermoplastischen Materialien für den Spritzguss oder als Kohlenstofffaserfilamente für den Einsatz in 3D-Druckern. Sie können wie jedes andere thermoplastische Material verarbeitet werden. Sie haben jedoch zusätzliche Anforderungen, die später erläutert werden.

Beim FFF-3D-Druck (Extrusionsverfahren) werden geschnittene Kohlenstofffasern verwendet. Diese kleinen Fasern werden als Verstärkungsmaterial in einen Standardthermoplast gemischt.

Warum Sie Kohlenstofffaser-3D-Druck benötigen

Industrielle Anwendungen erfordern oft spezifische mechanische Eigenschaften und eine fein abgestimmte Präzision. Durch die Kombination der Fähigkeiten eines hochfesten Werkstoffs mit den vielen Vorteilen der additiven Fertigung bietet der 3D-Druck von Kohlenstofffasern eine außergewöhnliche Dimensionsstabilität für starke, steife Bauteile mit einer feinen Oberflächenbeschaffenheit und einer hohen Wärmeformbeständigkeit - ideal für den funktionale, leistungsstarke Einsatz.

Da der 3D-Druck immer weiter in die Endproduktion vordringt, wird die Möglichkeit, sowohl Teile als auch Werkzeuge aus Carbonfaserfilamenten herzustellen, immer gefragter.

Ganz gleich, ob Kohlefasern in Formen, Vorrichtungen, Werkzeugen oder Hochleistungsrennwagen, Spezialausrüstungen für die Luft- und Raumfahrt oder professionelle Radsportausrüstungen verwendet werden, mit Carbonfaser-3D-Druck-Filamenten können Sie die hochfesten Bauteile herstellen, die Sie benötigen. Als relativ neues Angebot in der Fertigungsindustrie hat der 3D-Druck von Kohlenstofffasern natürlich viele Vorteile, aber es lohnt sich auch, die Druckanforderungen zu kennen, bevor Sie damit starten.

Dieses Muster wurde mit BigRep Hi-Temp CF gedruckt und wird zur Herstellung von Drohnenbauteilen aus Kohlefaser-Prepreg verwendet.

Vorteile des 3D-Drucks mit Kohlenstofffasernverstärkten Filamenten

Die Vorteile des 3D-Drucks mit Kohlenstofffasern liegen in den Leistungseigenschaften:

Hohe Festigkeit

Die vielleicht am meisten angepriesene Eigenschaft von Carbonfaser-3D-Druckerfilament ist die hohe Festigkeit, die den Schlüssel zu seiner Leistung - und seiner Attraktivität als 3D-Druckmaterial - darstellt. Kohlefaser bietet ein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, das eine hohe Leistung bei geringer Dichte ermöglicht.

FORMBESTÄNDIGKEIT

Die hohe Festigkeit und Steifigkeit der Kohlefaser verringert die Tendenz zur Formschwindung und trägt so zu ihrer hervorragenden Dimensionsstabilität bei, die für Bauteile, die präzise Abmessungen und enge Toleranzen erfordern, unerlässlich ist.

GERINGES GEWICHT

Hand in Hand mit seiner Festigkeit geht das geringe Gewicht eines 3D-Druckerfilaments aus Kohlefaser. Geringes Gewicht ist ein Hauptvorteil des 3D-Drucks im Allgemeinen, und die Verwendung von Kohlefasermaterialien ermöglicht diese Gewichtsreduzierung ohne Verlust an leistungsfähiger Stärke.

HOHE WÄRMEFORMBESTÄNDIGKEIT

Im Vergleich zu Standard-3D-Druckmaterialien wie PLA, ABS und PETG können Kohlefasern wesentlich höheren Temperaturen standhalten. Kohlefaserverbundwerkstoffe - wie PA12 CF von BigRep - erhöhen die Wärmeformbeständigkeit des Basismaterials für eine bessere Leistung bei erhöhten Temperaturen.

GERINGERE NACHBEARBEITUNG ERFORDERLICH

CF-Filamente machen Schichtlinien weniger auffällig. Dadurch erhalten Sie eine bessere Oberflächenqualität und Haptik, wodurch Nachbearbeitungen wie Schleifen entfallen.

Steifigkeit

3D-gedruckte Kohlefaserteile behalten auch bei hoher Belastung ihre Form. Im Gegensatz zu anderen Materialien, bei denen Festigkeit und Haltbarkeit gegen Steifigkeit eingetauscht werden, gewährleistet die Steifigkeit von Kohlenstofffasern strukturelle Integrität.

Anforderungen für die Arbeit mit Kohlefaserfilamenten

Kohlefaser-Filament ist abrasiver als viele andere typischen Desktop- Materialien und hat spezifische Wärmeanforderungen. Da es sich hierbei oft um neue technische Materialien handelt, kann man sie nicht einfach gegen Standard-3D-Drucker-Filament austauschen und erwarten, dass sie mit den gleichen Einstellungen gedruckt werden können.

Beheiztes Druckbett

Hand in Hand mit einer geschlossenen 3D-Druckumgebung geht ein beheiztes Druckbett, das entscheidend dafür ist, dass die erste Druckschicht auf dem Druckbett haftet. Ohne diese solide Grundlage kann die Qualität der übrigen Druckschichten beeinträchtigt werden.

Ausgehärtete Düse

Im Laufe der Zeit – die von einem bis zu wenigen Druckaufträgen variieren kann – wird Kohlefaser-Filament aufgrund seiner Abrasivität eine Standard-3D-Druckdüse abnutzen. Eine Düse aus Messing beispielsweise verformt und erodiert beim Extrudieren dieser Materialien und wird schließlich funktionsunfähig. Eine Düse aus gehärteten Stahl ist eine Voraussetzung für einen 3D-Drucker, um CF-Filament zu verarbeiten.

Natürlich müssen Designer, Ingenieure und Bediener, die an einem CF-Projekt arbeiten, alle gut in den Anforderungen für die Arbeit mit Kohlefaserfilamenten geschult sein. Schulung und Fortbildung müssen bei der Einführung von CF-Filamenten in den Betrieb berücksichtigt werden.

Druckausrichtung

Die Zugabe von CF erhöht die Zugfestigkeit, kann aber bei falscher Handhabung zu einer Verringerung der Schichthaftung führen. Um die geringe Duktilität des Materials auszugleichen, richten Sie das Bauteil in Richtung der Spannung oder Belastung aus. Dies kann während der Ausrichtung des Teils in einer Slicing-Software wie BLADE angepasst werden.

Composite Form 3D-gedruckt aus Kohlefaser-Filament

Wo werden CF-Filamente verwendet?

Der 3D-Druck von Kohlenstofffasern wird dank seines guten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und seiner Gesamtsteifigkeit am besten in der Fertigung eingesetzt. Zu den wichtigsten Anwendungen dieser Materialien gehören die Herstellung von Formen, Vorrichtungen und Werkzeugen.

Verbundwerkstoff-Formen und Thermoform-Formen

3D-gedruckte Formen sind eine der besten Möglichkeiten, wie moderne und traditionelle Fertigungstechnologien in der Ferigungsindustrie zusammenarbeiten. 3D-gedruckte Formen verbinden die Komplexität und Produktionsgeschwindigkeit des 3D-Drucks mit den Massenproduktionsfähigkeiten der formgebundenen Fertigung. Wenn es um Verbundwerkstoffformen und Tiefziehformen geht, sind die Leistungseigenschaften von CF-Materialien eine natürliche Ergänzung.

Formen aus Verbundwerkstoffen sind eine der gängigsten Fertigungsmethoden, um kostengünstig große Mengen identischer Teile herzustellen. Wie der Name schon sagt, werden Verbundwerkstoffformen aus Verbundwerkstoffen hergestellt, die komplexe Formen annehmen können und einer wiederholten Verwendung standhalten - und das zu deutlich geringeren Kosten als Aluminium- oder Stahlformen.

Thermoformwerkzeuge verwenden Wärme und Druck, um eine flache thermoplastische Platte in eine Form zu bringen. Dabei wird die Platte durch Konduktion, Konvektion oder Strahlungswärme erhitzt, bevor sie an die Oberfläche der Form angepasst wird. Thermoformwerkzeuge müssen wiederholter Höhsttemperaturen standhalten, was besondere Leistungsmerkmale erfordert, die durch CF-Werkstoffe gut erfüllt werden können.

Vorrichtungen, Werkzeugbau

Halterungen, Vorrichtungen und Werkzeuge, die beim Fräsen, Bohren und anderen subtraktiven Vorgängen verwendet werden, werden oft als Ergänzung zu Herstellungsprozessen angesehen – aber für sich genommen unerlässlich sind. Halterungen und Vorrichtungen werden verwendet, um bestimmte Teile während der verschiedenen Phasen ihrer Herstellung an Ort und Stelle zu halten, und Werkzeuge werden durchgehend verwendet.

Diese wichtigen Hilfsmittel sind oft am besten geeignet, wenn sie an die jeweilige Anwendung angepasst sind, und können durch häufigen Gebrauch abgenutzt werden. Aus diesen Gründen werden Vorrichtungen und Werkzeuge zunehmend vor Ort in 3D gedruckt. Sie können an den jeweiligen Einsatz angepasst und bei Bedarf reproduziert werden, ohne dass man sie auslagern oder auf einen neuen Vorrat warten muss.

3D-gedruckte Vorrichtungen und Werkzeuge aus verstärkten Materialien wie CF-Filamenten halten länger und sind leistungsfähiger - vor allem in Bezug auf die Langlebigkeit. Hier erfahren Sie mehr darüber, wie Sie das kostspielige CNC-Fräsen-Verfahren durch flexible, kostensparende Lösungen für die Kleinserienfertigung ersetzen können.

Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie

Die Gestaltungsfreiheit von Kohlefaser ermöglicht es Ihnen, komplexe Geometrien zu realisieren, die mit herkömmlichen Methoden nicht wirtschaftlich sind. Diese Designfreiheit ermöglicht es Ihnen, schnell zu iterieren und dann aufgrund der erhöhten Steifigkeit und Temperaturstabilität funktionalere Prototypen zu erstellen. Die verbesserte Ästhetik des Objekts, einschließlich der durch 3D-Druck erreichten komplexen Krümmung und der besseren Oberflächenqualität mit CF-Filamenten, kann Innovationen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen verwandten Branchen ermöglichen.

BigRep PA12 CF und HI-TEMP CF

BigRep bietet zwei kohlenstoffgefüllte Filamente an: PA12 CF, eine Nylon-Kohlenstofffaser und HI-TEMP CF, ein biobasiertes, kohlenstofffasergefülltes Polymer. Der entscheidende Unterschied zwischen diesen beiden kohlenstofffaserverstärkten Filamenten besteht darin, dass HI-TEMP CF weniger hohe Anforderungen an die Hardware stellt. HI-TEMP CF ist für mehrere Drucker geeignet, darunter der ONE, der STUDIO und der PRO, während PA12 CF für industrielle Anwendungen auf dem PRO geeignet ist.

Wenn Sie die beste Leistung wünschen, sollten Sie ein PA12 CF-Filament verwenden. PA12 CF weist eine höhere Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit auf und eignet sich daher gut für Anwendungen, die eine höhere Haltbarkeit und höhere Lebensdauer für anspruchsvolle industrielle Fertigung erfordern.

Der Ausgleich für die höhere Steifigkeit und Biegefestigkeit von HI-TEMP CF und da es im Vergleich zu PA12 CF leichter zu handhaben ist, ist eine leichte Verringerung der Schlagzähigkeit und der Wärmeformbeständigkeit. Dadurch eignet es sich besser für Anwendungen, die keiner Schlagbeanspruchung ausgesetzt sind, bei denen aber dennoch eine gewisse Formstabilität unter Belastung erforderlich ist. Diese erhöhte Steifigkeit und Biegefestigkeit wird durch HI-TEMP CF erreicht.

Unabhängig davon, für welches Filament Sie sich entscheiden, können Sie die vielen Vorteile von kohlefasergefüllten Materialien nutzen, um die Leistung Ihrer Anwendungen zu steigern. Obwohl diese Materialien speziell für den Großformatdruck auf BigRep-Maschinen entwickelt wurden, sind sie mit vielen anderen 2,85-mm-Druckern mit einer gehärteten Düse kompatibel.

HI-TEMP CF

Carbonfaser Verstärkt und Hitzebeständig

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PA12 CF

Steife und Starke Carbon Faser

Mehr Erfahren

Fazit

Wenn Sie sich für den 3D-Druck von Kohlenstofffasern entscheiden, lassen Sie sich auf ein Projekt ein, das die Einhaltung von Parametern und speziellen Geräten und Anforderungen erfordert. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, können Sie erstklassige, leichte, haltbare und funktionelle Bauteile herstellen, die einer Vielzahl von industriellen Anwendungen standhalten, und zwar mit der ganzen Komplexität des Designs, die der 3D-Druck zu bieten hat. Setzen Sie sich noch heute mit unseren BigRep-Experten in Verbindung, um zu erfahren, wie CF-Filamente zur Verbesserung Ihrer Produktionsmöglichkeiten beitragen können.

INDUSTRIEQUALITÄT TRIFFT KOSTENEFFIZIENZ.
KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.

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INDUSTRIEQUALITÄT TRIFFT KOSTENEFFIZIENZ.
KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.

Der BigRep PRO ist ein Großformat-3D-Drucker, der auf hohe Produktivität in der industriellen Fertigung ausgelegt ist. Für Ingenieure und Hersteller bildet der 3D-Drucker eine in hohem Maße skalierbare Lösung, mit dem Teile und Produkte für den Endverbraucher oder Fertigungswerkzeuge aus technischen Hochleistungswerkstoffen effizient hergestellt werden können. Mit einem großzügigen Bauvolumen von 1 m3 trägt dieser schnelle und zuverlässige 3D-Industriedrucker zur Beschleunigung Ihrer Produktion bei.

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3D-Druckgeschwindigkeiten: Was Sie wissen müssen

Dezember 15, 2022Dezember 6, 2022

In der additiven Fertigung sind hohe Geschwindigkeiten ein wichtiger Erfolgsfaktor. Die entscheidende Frage ist: wie komme ich ohne Qualitätsverlust zu deutlich schnelleren Produktionsgeschwindigkeiten? Hier hilft es, zu wissen, wie 3D-Druckgeschwindigkeiten definiert sind, was sie für Ihre gedruckten Bauteile bedeuten, und welche Methoden die Produktion beschleunigen. Mehr dazu finden Sie in unserer ausführlichen Orientierungshilfe.

Wie wird 3D-Druckergeschwindigkeit definiert?

Die Geschwindigkeit eines 3D-Druckers wird oft mit der Geschwindigkeit des Druckkopfs gleichgesetzt: je schneller der Druckkopf sich bewegt und das Filament ablegt, desto schneller ist ein Teil gedruckt. Doch ganz so einfach ist es nicht.

Obwohl die Geschwindigkeit des Druckkopfs das Tempo beeinflusst, in dem das Filament auf dem Druckbett abgelegt wird, ist sie nur einer von mehreren Faktoren, die die Gesamtdruckzeit bestimmen. Es lohnt sich, die 3D-Druckgeschwindigkeiten für den FFF-Prozess etwas weiter zu fassen, und den 3D-Druckprozess von Anfang (Vorbearbeitung) bis Ende (Nachbearbeitung) zu betrachten.

Jeder Schritt im FFF-3D-Druckprozess verlängert die Zeit von 3D-Modell zu fertigem Produkt. Das bedeutet glücklicherweise, dass man durch Optimierung bestimmter Einstellungen und Elemente im Druckprozess die 3D-Druckgeschwindigkeit insgesamt erhöhen kann. Wir betrachten die Geschwindigkeit etwas umfassender, und berücksichtigen neben der eigentlichen Druckzeit auch den Aufwand vor und nach dem Drucken.

Welche Faktoren beeinflussen die 3D-Druckgeschwindigkeit?

Wenn man die Geschwindigkeit des 3D-Druckprozesses erhöhen und optimieren will, muss man wissen, welche Faktoren während der Vorbehandlung, Erstellung und Nachbereitung eine Rolle spielen.

Eine Seriedruck von 3D-Drucken wird mit BigRep BLADE gesliced.

Pre-Processing

In der Vorbehandlung werden 3D-Modell und 3D-Drucker auf den Druckprozess vorbereitet. Hier bestimmen drei Stufen, wie lange ein 3D-Druck dauert.

Vorbereitung des 3D-Modells

Die Vorbereitung des 3D-Modells beinhaltet auch die Auswahl der Parameter und bevorzugten Druckeinstellungen. Entscheidungen, die während der Vorbereitung des 3D-Modells fallen, beeinflussen die Druckdauer stark. Je nachdem, wie das 3D-gedruckte Teil auf dem Druckbett orientiert wird, braucht man weniger oder sogar keine Stützen, was die Druckdauer verringert. Slicer-Programme wie BigRep BLADE bieten oft automatische Einstellungen – z.B. die automatische Ausrichtung des Modells – zur Optimierung dieser Features; sie müssen also nicht erst lange nach den richtigen Parametern forschen.

Slicen

Slicer-Software übersetzt 3D-Modelle in eine Sprache, die für 3D-Drucker verständlich ist. Dieser Prozess braucht Zeit, insbesondere bei hochkomplexen 3D-Modellen und zu großen STL-Dateien. Sie können die Auflösung Ihres 3D-Modells, die Schichthöhen und Fülldichten anpassen, um die Slice-Dauer zu beeinflussen.

Regelmäßige Updates für Ihre Slicer-Software können Fehler beseitigen, die die Verarbeitung verlangsamen.

Kalibrierung des 3D-Druckers

Die Kalibrierung stellt sicher, dass Ihr 3D-Drucker korrekt positioniert ist, und dass alle Komponenten, z.B. Extruder, Motoren und Achsen ausgerichtet sind. Während eine manuelle Kalibrierung mehrere Stunden dauern kann, bieten viele FFF 3D-Drucker eine automatische Kalibrierung, die in nur wenigen Minuten abgeschlossen ist.

Ein Sensor misst die gedruckten Strukturen, um vor dem Druck die Extruder für duale Extrusion zu kalibrieren.

3D Druckzeit

Die Druckzeit beschreibt, wie lange ein 3D-Drucker braucht, um ein Objekt zu drucken. Sie macht den zeitaufwändigsten Teil im 3D-Druckprozess aus. Verschiedene Druckereinstellungen und Hardwarefeatures können die Druckzeiten erhöhen oder verringern.

3D-Druckgeschwindigkeit

Die Druckgeschwindigkeit beschreibt das Tempo, in dem sich das Extrudersystem des 3D-Druckers bewegt, wenn es Filament extrudiert. Die Druckgeschwindigkeit wird in Millimetern pro Sekunde gemessen (mm/s), und die meisten FFF 3D-Drucker sind in der Lage, Druckgeschwindigkeiten zwischen 40 mm/s und 150 mm/s zu erreichen. Diese Einstellung kann zusätzlich die Druckqualität beeinflussen: je schneller der Extruder, desto weniger präzise der Druck.

Bewegungsgeschwindigkeit

Die Bewegungsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich der Druckkopf bewegt, wenn er kein Filament extrudiert. Oft kann die Bewegungsgeschwindigkeit höher sein als die Druckgeschwindigkeit, ohne die Qualität zu beinträchtigen. Ist sie jedoch zu hoch, kann das zu Mängeln im 3D-Druck führen, wie z.B. zu geometrischen Ungenauigkeiten oder im schlimmsten Fall zu einem Versatz einzelner Schichten.

Welche Bewegungsgeschwindigkeit akzeptabel ist, hängt stark von der mechanischen Struktur Ihres 3D-Druckers ab. Mit robusterem Gestell und Portal hinterlassen auch höhere Bewegungsgeschwindigkeiten keine Vibrationsspuren auf dem Bauteil.

Zwei 3D-Drucke mit unterschiedlichen Schichthöhen: 0,2mm und 0,6mm.

Schichthöhe

Dieser Wert bestimmt, wie dick jede gedruckte Schicht wird, und hat einen direkten Einfluss auf die Druckgeschwindigkeit. Je größer die Schichthöhe, desto weniger Schichten benötigt der Druck, und desto schneller die Produktion Ihres Bauteils. Mit zunehmender Schichtdicke reduziert sich jedoch die Druckauflösung.

Düsendurchmesser

Ein korrekt gewählter Düsendurchmesser ermöglicht ein schnelleres Drucktempo. Je größer der Düsendurchmesser, desto breiter ist jede gedruckte Linie. Damit ist es unter Umständen nicht notwendig, mehrere Umrissschichten zu drucken, um eine bestimmte Wandstärke zu erreichen. Ein breiterer Düsendurchmesser ermöglicht auch größere Schichthöhen.

Zwei 3D-Drucke werden mit unterschiedlichen Fülldichten und Wandstärken gesliced.

Fülldichte

Der Fülldichteanteil – die interne Struktur, die die Außenhaut eines 3D-gedruckten Teils stützt – kann die Druckgeschwindigkeit stark beeinflussen. Je niedriger die Fülldichte, desto weniger Material wird benötigt, was wiederum die Druckzeit verringern kann.

Allerdings bedeuten niedrige Fülldichten auch weniger Festigkeit, man muss also die richtige Mischung aus Geschwindigkeit und Qualität finden.

Stützstrukturen

Stützstrukturen sind notwendig, um Überhänge und Brücken zu stützen, aber sie führen auch zu längeren Druckzeiten für 3D-Modelle. Die Muster, Dichten und andere Einstellungen der Stützstrukturen beeinflussen deren Druckzeit. Sie können die Druckzeit verringern, indem sie Ihr Modell auf dem Druckbett so orientieren, dass möglichst wenige Stützstrukturen nötig sind.

Das weiße Material ist das BVOH-Filament von BigRep, ein wasserlösliches Stützmaterial, das leicht zu entfernen ist.

Nachbearbeitung

Wenn ein 3D-gedrucktes Teil vom Druckbett genommen wird, benötigt es eine gewisse Nachbearbeitung. Bei Prototypen und Komponenten in Bastlerqualität sind die Nachbearbeitungszeiten oft minimal. Fertigteile und visuelle Prototypen benötigen dagegen oft aufwändige Nachbearbeitung.

Entfernen der Stützstrukturen

Wenn Ihr 3D-Modell mit Stützstrukturen gedruckt wurde, müssen diese entfernt werden. Wie leicht sie zu entfernen sind, hängt von deren Typ und Anzahl ab.

Manche Stützen können in wenigen Sekunden von Hand entfernt werden, während man bei anderen spezielles Schneidewerkzeug benötigt, um eine Beschädigung des 3D-gedruckten Teils zu verhindern. Wird ein 3D-Drucker mit dualen Extrudern und einem löslichen Material verwendet, können diese Stützen einfach und schnell entfernt werden.

Stützstrukturen sind so konzipiert, dass sie sich nach dem 3D-Druck leicht lösen lassen.

Schleifen und Polieren

3D-gedruckte Bauteile, die eine hohe Oberflächengüte benötigen, müssen geschliffen und poliert werden. Da beide Schritte von Hand ausgeführt werden müssen – mit Schleifpapier, Polierpaste oder Poliertuch – kann das sehr zeitaufwändig sein, vor allem bei größeren Drucken.

Mechanische Methoden wie Trommellackierung und Sandstrahlen sind zwar komplexer, doch sie stellen bei großen Chargen die schnellere Option dar.

Grundieren und Beschichten

Grundieren, Anstreichen und Beschichten sind optionale Nachbearbeitungsprozesse. Die dafür benötigte Zeit ist abhängig von der verwendeten Technik (z.B. Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Bemalung von Hand), der Größe des gedruckten Teils, und der Größe der Charge.

Tauchbeschichtung kann z.B. die Nachbearbeitung für in Chargen produzierte Teile beschleunigen, während eine Sprühbeschichtung bei großen Drucken die effizientere Wahl sein kann.

Ein 3D-Druck wird mit einer Beschichtung nachbearbeitet, um die Oberfläche zu glätten und zu schützen.

Fazit

Die 3D-Druckgeschwindigkeit beruht nicht nur auf dem Tempo des Druckkopfs in mm/s: viele andere Faktoren haben einen Einfluss darauf, wie lange es dauert, einen 3D-Druck fertigzustellen. In der Vorbehandlungsphase können die Modellvorbereitung, das Slicing und die Parameterauswahl optimiert werden, um die Verarbeitung zu beschleunigen.

In der Druckphase haben verschiedene Einstellungen und Hardwareentscheidungen einen direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit und Qualität eines 3D-Drucks. Und nicht zuletzt wird die Gesamtdruckzeit auch davon bestimmt, wie viel Nachbearbeitung ein durch FFF-3D-Druck produziertes Teil benötigt.

Mit dem Wissen, wie Druckgeschwindigkeit und Bauteilqualität zusammenhängen, können Sie durch das Optimieren dieser Schritte die Druckgeschwindigkeit erhöhen und den Druckprozess insgesamt effizienter machen.

Möchten Sie mehr Lernen: 6 Wege wie Sie mit dem BigRep PRO schneller produzieren!

Dominik Stürzer

SEO Manager

Rapid Prototyping und 3D-Druck für bessere Produktentwicklung

Februar 23, 2023November 10, 2020

Rapid Prototyping verändert die Art und Weise, wie Sie ein Produkt entwickeln. Dieser Prozess ist jedoch an verschiedenen Stellen mit einer Vielzahl von Schwierigkeiten verbunden. Wenn Sie einem der größten Engpässe auf dem Weg zum endgültigen Produktdesign vorbeugen, kann Ihr gesamter Prozess besser und schneller werden. Rapid Prototyping kann Ihren gesamten Konstruktionsprozess durch großformatigen 3D-Druck erheblich vereinfachen.

Was ist Rapid Prototyping?

Prototypen sind physische Teile oder Baugruppen, die mit jeder Iteration dem Endprodukt näher kommen. Beginnend mit konzeptuellen Modellen und dem Aufbau eines funktionalen Prototyps ist jeder nachfolgende Prototyp ein Schritt hin zu einem vollständig ausgearbeiteten endgültigen Design. Das ist Prototyping - Rapid Prototyping bezieht sich auf den Zyklus der schnellen Ausführung von Wiederholungen, um ein endgültiges Design zu erreichen.

Wir sagen "Zyklus", weil es genau das ist; von der Idee bis zur fertigen Konstruktion sind einige Runden erforderlich. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen dreistufigen Prozess, der wie folgt aussieht:

Die Überprüfungsphase jedes aufeinanderfolgenden Prototyps bringt den Zyklus dem Abschluss einen Schritt näher, wobei eine Verfeinerung der Iteration erforderlich ist, um zum Endergebnis zu gelangen.

Beim Rapid Prototyping werden einige Technologien, von der CAD-Konstruktionssoftware bis zu den Fertigungsverfahren, eingesetzt, um eine Serie von Prototypen zu erstellen.

Traditionell musste für jeden physischen Prototyp ein neues Design an einen Hersteller geliefert werden, der es mit subtraktiven (z.B. Fräsen, Schneiden) oder Form-/Gussverfahren herstellt. Das kann zu langen Wartezeiten und Kosten führen, da jedes Mal Werkzeugbau und Logistik ins Spiel kommen. Um den Prozess zu beschleunigen, machen Technologien wie der 3D-Druck die Verwendung von Werkzeugen überflüssig und können Ihre Idee direkt von der Designdatei in die physische Form bringen.

Dies verkürzt die Wartezeiten, da das Feedback sofort in eine aktualisierte CAD-Datei übersetzt werden kann, die wiederum in nur wenigen Stunden in 3D gedruckt werden kann. Wenn dies im Haus durchgeführt wird, können sogar mehrere Zyklen der Prototyperstellung am selben Tag durchgeführt werden - weit entfernt von den gewohnten Wochen oder sogar Monaten zwischen den Iterationen.

Als die Technologie zum ersten Mal entwickelt wurde, war der 3D-Druck so gleichbedeutend mit Rapid Prototyping, dass die beiden Begriffe austauschbar waren. Unabhängig davon, ob "3D-Druck", "Rapid Prototyping" oder "RP" genannt wurde, bezog sich das Gespräch im Allgemeinen auf die gleiche Sache. Heute hat sich der 3D-Druck auch zu einer Produktionsmöglichkeit für die Endanwendung entwickelt und wird im Allgemeinen eher mit "additiver Fertigung" gleichgesetzt.

Dennoch ist Rapid Prototyping die erste und ist nach wie vor die größte Anwendung für den 3D-Druck. Iterationen vom Machbarkeitsnachweis bis hin zum funktionalen Prototyp können alle in 3D gedruckt werden. Ob ausgelagert oder intern, die Verwendung von 3D-Druckern beschleunigt das Rapid Prototyping durch die Beseitigung traditioneller Engpässe bei der Werkzeugausstattung und/oder beim Versand erheblich. Rapid Prototyping kann auch zunehmend mit derselben 3D-Drucktechnologie durchgeführt werden, die auch für das Endprodukt verwendet wird.

Vorteile von Rapid Prototyping

Im weitesten Sinne bietet das Rapid Prototyping erheblichen Vorteile zur schnelleren Markteinführung, bietet bessere Möglichkeiten. Jjede Iteration kann getestet und verbessert werden. Es ist ein kostengünstiger Prozess und verbessert die Effektivität der Kommunikation während des gesamten Designzyklus.

Verkürzung der Produkteinführungszeit

Die Zeit, die eine Idee braucht, um vom Konzept zum Produkt zu reifen, sollte so kurz wie möglich sein. Statt Wartezeiten von Monaten oder Jahren beim traditionellen Prototypenbau dauert der Rapid-Prototyping-Prozess mit 3D-Druck meist nur Tage. Mit einem 3D-Drucker können Sie Ihre nächste Wiederholung aus einer leicht angepassten CAD-Datei viel schneller erstellen als mit einem herkömmlichen subtraktiven Prototyping-Prozess. Die Beschleunigung des Designzyklus verkürzt von Natur aus die Zeit bis zur Markteinführung eines neuen Produkts.

Testen und Verbessern

Jeder 3D-gedruckte Prototyp ist im Idealfall einen Schritt besser als die vorhergehende Version. Wenn Sie einen lebensgroßen funktionalen Prototypen in die Hand nehmen, können Sie die Vor- und Nachteile dieses speziellen Designs besser verstehen, so dass es schnell genehmigt oder abgelehnt werden kann, da es im Test auf Herz und Nieren geprüft werden kann. Ihr Konstruktionsteam kann die technischen Eigenschaften testen und ein Gefühl für das Aussehen und die Haptik jedes Prototyps bekommen. So können Sie bereits in der Entwicklungsphase etwaige Herstellbarkeitsprobleme oder Risiken für die Benutzerfreundlichkeit verstehen, bewerten und verbessern.

Wettbewerbsfähige und kosteneffiziente Modelle erstellen

Hand in Hand mit der Beschleunigung der Produkteinführungszeit geht die Reduktion der Kosten, die mit langen Entwurfszyklen verbunden sind. Wenn ein Produkt schneller auf den Markt gebracht wird, verringert sich naturgemäß der hohe Preis längerer, arbeitsintensiver Abläufe. Eine wettbewerbsfähige Positionierung erfordert eine schnelle Entwicklung und Einführung, insbesondere auf dem Verbrauchermarkt. Der großformatige 3D-Druck ermöglicht auch die gleichzeitige Herstellung mehrerer verschiedener Prototypen, so dass eine schnellere Entscheidungsfindung möglich ist, wenn die Wahl zwischen mehreren optischen oder haptischen Merkmalen besteht.

Effektive Kommunikation verbessern

Der schnelle Einsatz von Rapid Prototyping schließt Lücken in der Kommunikation und vereinfacht die Diskussion. Es ist viel einfacher, wenn jeder Ingenieur in Ihrem Team dasselbe Verständnis eines Prozesses hat. Wenn Sie schnell den nächsten physischen Prototyp in der Hand haben, bietet dies einen klaren Bezugspunkt. Je mehr sich jeder Prototyp dem Aussehen und der Leistung der endgültigen Konstruktion annähert, desto leichter werden kleine Optimierungen und große Anpassungen für Ihr gesamtes Team verständlich.

Wie Sie Rapid Prototyping in Ihrem Entwicklungsprozess einsetzen

Rapid Prototyping klingt toll, aber wo kann es im Konstruktionsprozess eingesetzt werden? Die Antwort ist an dieser Stelle vielleicht nicht ganz überraschend: Vom ersten Konzeptbeweis bis zum endgültigen Design-Prototyp kann Rapid Prototyping über den gesamten Prozess hinweg zum Einsatz kommen.

Konzept-Prototypen

Die frühesten Prototypen sind oft konzeptionell. Konzept-Prototypen dienen als physische Überprüfung der Ideen, die als Skizze auf einer Serviette entstanden sein könnten.

Eine Idee in die dreidimensionale reale Welt zu bringen, ist der beste Weg, ihre Realisierbarkeit zu beweisen. Die praktische Arbeit mit einem Konzeptmodell kann Ihrem Ingenieurteam helfen, die nächsten Schritte zu verstehen, und gleichzeitig das Management ermutigen, ein Projekt voranzutreiben. Diese frühen Prototypen sind oft die gröbsten, da sie die risikoärmsten Darstellungen im Rapid-Prototyping-Zyklus sind. Diese Prototypen werden schnell und in der Regel in anderen Materialien und Farben hergestellt als Prototypen in späteren Phasen. Sie sind auf keinen Fall endgültige Entwürfe.

Ästhetische oder industrielle Design-Prototypen

Sobald ein Entwurf in seiner gröbsten Form validiert ist, geht er als nächstes in einen ästhetischen oder industriellen Designschritt über. Diese nächsten Prototypen beginnen mit der Feinabstimmung, wie das Design aussehen und sich anfühlen sollte. Das bedeutet, sich der Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität zuzuwenden - ohne notwendigerweise schon voll funktionsfähig zu sein.

Um sicherzustellen, dass sich ein neues Bauteil in ein größeres Ganzes einfügt oder dass ein neues Produkt zur bestehenden ästhetischen oder funktionalen Linie Ihrer Marke passt, sehen diese Prototypen genauer wie etwas aus, das sich auf ein endgültiges Design zubewegt. Diese Prototypen ermöglichen es den Ingenieuren auch, zu überlegen, wie sie das endgültige Design am besten herstellen können.

Vor allem bei der Arbeit mit lebensgroßen, größeren Designs wie Möbeln wird es immer wichtiger, lebensgroße Prototypen zu haben, die in echte Räume und zu echten Benutzern passen, da die Designs den Prototyping-Zyklus durchlaufen. Der großformatige 3D-Druck kann diese lebensgroßen Designs zum Leben erwecken, so dass eine Iteration in kürzerer Zeit als mit herkömmlichen Fertigungsverfahren hergestellt und getestet werden kann.

Der Möbelhersteller Steelcase erfährt hat diesen Vorteil aus erster Hand, wenn er seinen großformatigen BigRep 3D-Drucker zur Erstellung neuer Möbelentwürfe einsetzt:

Funktionale Prototypen

Ein funktionsfähiger Prototyp tut genau das: Er funktioniert. Diese späteren Prototypen werden oft aus Materialien hergestellt, die denen ähnlich sind, die in einem Endprodukt verwendet werden, um zu überprüfen, ob alles wie beabsichtigt funktioniert. In dieser Phase achten die Ingenieure auf die Leistung: Passt alles, funktioniert das Produkt, tragen tragende Teile Lasten?

Es muss auf Details geachtet werden, darauf, wie das Endprodukt hergestellt wird, vor allem, wenn dies in einem anderen Prozess als dem des Prototyps geschieht. Z.B. 3D-Druck eines Prototyps für ein Teil, das schließlich spritzgegossen wird. Wie wird das Endprodukt nachbearbeitet/montiert?.

Test der Serienproduktion

Produkte, die für den Massenbedarf bestimmt sind, müssen auch für die Massenproduktion geeignet sein. Das bedeutet meistens einen anderen Herstellungsprozess.

Obwohl der 3D-Druck sowohl für das Rapid Prototyping als auch für die Serienproduktion des Endprodukts die richtige Technologie sein kann - denken Sie zum Beispiel an Fälle von Mass Customization - wird dies nicht immer der Fall sein. Beim Prototyping muss das letztendlich zu verwendende Herstellungsverfahren berücksichtigt werden. Das heißt, dass Prototypen in späteren Phasen die gleichen Materialien verwenden und in die entsprechenden Herstellungsparameter passen, wie die endgültigen Bauteile.

Die Berücksichtigung konventioneller Herstellungsverfahren spielt hier eine größere Rolle, zum Beispiel für Werkzeuge, Vorrichtungen und Vorspannmittel oder andere notwendige Hilfsmittel. Design for Additive Manufacturing (DfAM) kann sich in Richtung des traditionellen Design for Manufacturing (DFM)-Denkens bewegen.

Demonstrations- oder Präsentations-Prototypen

Das endgültige Aussehen ist der letzte Schritt beim Prototyping, der letzte Schritt vor Beginn der vollständigen Produktion. In dieser Phase sollte sich ein Prototyp nicht nur wie das Endprodukt anfühlen und funktionieren, sondern auch so aussehen.

Dieser Prototyp kann für Marketingmaterialien verwendet werden, während die Produktion hochgefahren wird, um Investoren von der endgültigen Realisierbarkeit und Machbarkeit zu überzeugen, für abschließende Praxistests oder für alle anderen Demonstrations- oder Präsentationsbedürfnisse. Das Ziel des Rapid Prototyping ist es, dieses Stadium mit herkömmlichen Prototyping-Abläufen schneller als je zuvor zu erreichen.

Rapid Prototyping - Rexroth AGV Automated Guided Vehicle

Wie kann ich mit Rapid Prototyping starten?

Um mit Rapid Prototyping und Additiver Fertigung zu beginnen, benötigen Sie im Grunde nur eines: Zugang zu einem 3D-Drucker. Aber es gibt mehr als einen Weg dorthin. Sie können einen 3D-Drucker in vielen Größen kaufen, von Desktop- bis hin zu großformatigen 3D-Druckern. Ihr einfachster Einstieg in das Prototyping im großen Format ist der BigRep ONE.

Schlussfolgerung

Rapid Prototyping und 3D-Druck arbeiten Hand in Hand für eine bessere und schnellere Produktentwicklung. Durch die Beschleunigung Ihrer Arbeitsabläufe und die Beseitigung von Engpässen und anderen Schwachstellen der traditionell langwierigen Prototyping-Zyklen ermöglicht der 3D-Druck eine neue Lösung für eine schnellere Markteinführung. Kürzere Entwicklungszyklen und kosteneffizientes Rapid Prototyping sind ein Gewinn für Ihr Engineering-Team.

Erfahren Sie mehr über Additive Fertigung

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3D Drucke weiterverarbeiten

Februar 15, 2023August 27, 2018

3D-Druck Nachbearbeitung: 16 Wege

Holen Sie mehr aus Ihren 3D-Drucken heraus - mit glatteren Oberflächen, verbesserten mechanischen Eigenschaften, einer verbesserten Ästhetik und mehr.

Verschaffen Sie sich hier einen Überblick über 14 Techniken zur Nachbearbeitung oder sehen Sie sich einige Beispiele aus der Praxis in diesem eBook und Webinar an:

Zum eBook + Webinar (EN)

Why 3D Print Post Processing Smooth Surface

OBERFLÄCHEN GLÄTTEN

Reduzieren Sie die Sichbarkeit der Druckschichten und verfeinern Sie die Oberflächen

Why 3D Print Post Processing Strengthen Parts

BAUTEILE VERSTÄRKEN

Verstärken Sie Ihre Bauteile für zusätzliche Festigkeit und Haltbarkeit

Why 3D Print Post Processing Add Functionality

FUNKTION ERWEITERN

Von UV- und Wetterbeständigkeit bis hin zu Leitfähigkeit und mehr

ÄSTHETISCH VEREDELN

Bearbeiten Sie das Oberflächenbild für optisch ansprechende Teile

Alle 3D-Drucke werden Schicht für Schicht hergestellt, was zu einer geriffelten Oberflächentextur führt, die bei niedrigeren Druckauflösungen stärker ausgeprägt ist. Wenn für Ihr Bauteil Stützstrukturen erforderlich sind, kann es an deren Kontaktpunkten zusätzliche Fehlstellen aufweisen. Diese Übersicht behandelt den ersten Schritt der Nachbearbeitung von Bauteilen, das Entfernen von Stützstrukturen, und die drei Kategorien der Nachbearbeitung: Subtraktiv, Additiv und Materialveränderung.

Entfernen von Support-Material

Sofern Ihr Bauteil nicht für den 3D-Druck ohne Support-Material optimiert ist, werden Sie wahrscheinlich mit Stützstrukturen drucken. Diese lassen sich in der Regel leicht abtrennen, aber selbst gut gestaltete Stützen hinterlassen Unebenheiten an den Stellen, an denen sie zuvor mit dem Bauteil verbunden waren. Um diese Bereiche zu glätten, empfiehlt es sich, das gesamte Bauteil mit einer der unten beschriebenen Methoden nachzubearbeiten.

Mit einem 3D-Drucker mit zwei Extrudern können Sie lösliche Stützstrukturen drucken, die sich in Wasser auflösen und keine Spuren auf Ihrem Bauteil hinterlassen. Sie sind besonders nützlich, wenn eine Nachbearbeitung sonst nicht notwendig ist.

3D Print Post Processing Support Removal

3D Print Post Processing Methods: Subtractive

SUBTRAKTIVE NACHBEARBEITUNG

Breiteste Bereich ist die subtraktive 3D-Druck-Nachbearbeitung, bei der Material von der Werkstückoberfläche entfernt wird, um diese gleichmäßiger und glatter zu machen.

3D Print Post Processing Methods: Additive

ADDITIVE
NACHBEARBEITUNG

Bei der additiven Nachbearbeitung wird zusätzliches Material direkt auf gedruckte Bauteile aufgebracht. Additive Verfahren sind hocheffizient, um Werkstücke zu glätten und gleichzeitig die Festigkeit zu erhöhen und andere mechanische Eigenschaften hinzuzufügen.

VERÄNDERUNG DER STOFFEIGENSCHAFT

Bei der Nachbearbeitung wird weder Material entfernt noch hinzugefügt. Durch Material-Verlagerung werden die Moleküle eines 3D-Drucks umverteilt. Durch thermische und chemische Behandlungen werden Glattere und festere Bauteile erreicht.

Subtraktive Nachbearbeitungsmethoden

Die wahrscheinlich häufigste Form des Post-Processing ist die subtraktive Nachbearbeitung, bei der ein Teil des Materials vom Werkstück entfernt wird. Normalerweise geschieht dies in Form von Schleifen oder Polieren eines Bauteils, aber es gibt eine Vielzahl anderer Methoden, wie z. B. Trommelschleifen, Fräsen oder Sandstrahlen.

Schleifen & Polieren

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Sowohl beim Schleifen als auch beim Polieren werden Oberflächenschichten durch Reibung mit einem abrasiven Material entfernt. Für das Schleifen werden gröberes Schleifpapier und Schleifwerkzeuge benötigt, während beim Polieren feineres Schleifpapier, Stahlwolle, Polierpaste oder Lappen verwendet werden können.

Durch das Schleifen werden größere Unebenheiten wie Trägerreste oder Druckunregelmäßigkeiten entfernt und die Sichtbarkeit von Druckschichten verringert. Der Schleifvorgang hinterlässt eine körnige, wenn auch gleichmäßigere Oberflächentextur, und sehr grobes Schleifpapier hinterlässt Oberflächenkratzer. Das Polieren des Werkstücks nach dem Schleifen erzeugt eine noch glattere Oberfläche.

Einfachheit und niedrige Kosten machen Schleifen und Polieren zu den gebräuchlichsten Methoden der Nachbearbeitung, aber beide erfordern Arbeit, die bei größeren Bauteilen und Chargen zeitaufwendig ist. Diese Methoden eignen sich möglicherweise nicht für Werkstücke mit schwer zugänglichen Hohlräumen.

3d-print-post-processing-sanding-polishing

Trommelschleifen

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Eine Trommelmaschine besteht aus einer vibrierenden Wanne, die eine Schmierflüssigkeit und Schleifmittel enthält. Dabei handelt es sich um spezielle Steine, die Objekte entsprechend ihrer Größe, Form und Härte abschleifen, während sie zusammen taumeln. Ein 3D-gedrucktes Bauteil wird einfach zusammen mit den Schleifsteinen für eine bestimmte Zeit in einen rotierenden Bottich gelegt. Es ist ein gewisses Fachwissen erforderlich, um die Werkstücke mit dem richtigen Schleifmittel und der richtigen Bearbeitungszeit zu kombinieren, aber wenn es richtig gemacht wird, ist es sehr effektiv, um gleichmäßige Oberflächen zu erzeugen.

Das Trommelschleifen ist ein weitgehend automatisches subtraktives Verfahren, mit dem mehrere Bauteile gleichzeitig nachbearbeitet werden können, was für die Glättung von Bauteilchargen nützlich ist. Trommelmaschinen gibt es in verschiedenen Größen, sodass auch größere Werkstücke bearbeitet werden können. Da das Schleifmittel ständig in Kontakt mit dem Bauteil ist, benötigen größere Werkstücke keine längere Bearbeitungszeit, sondern nur größere Maschinen mit der entsprechenden Menge an Schleifmittel. Allerdings können bei komplexen Formen Details verloren gehen und scharfe Kanten können durch das Trommelschleifen leicht abgerundet werden.

Sandstrahlen

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Sandstrahlen ist eine subtraktive Nachbearbeitungsmethode, bei der abrasives Material mit hohem Druck auf 3D-gedruckte Bauteile gesprüht wird. Bei großen Werkstücken kann dies in einer offenen Umgebung erfolgen, aber kleinere Teile werden normalerweise in einer Sicherheitskammer bearbeitet, die das Strahlmittel auffängt und wiederverwendet. Wie bei anderen Schleifverfahren gibt es eine Reihe von Körnungen, die je nach Teilegeometrie und gewünschter Oberfläche ausgewählt werden müssen. Sand ist ein häufig verwendetes Schleifmaterial, aber auch andere kleine grobe Objekte wie Kunststoffkugeln können für unterschiedliche Ergebnisse verwendet werden.

Da das Strahlmittel kleiner ist als beim Trommeln, ist das Strahlen bei sehr rauen Oberflächen oder hohen Schichthöhen weniger effektiv. Bei dieser Methode werden nur Oberflächen behandelt, die vom Strahlgutstrom erreicht werden können, daher können komplexe Geometrien und Hohlräume möglicherweise nicht bearbeitet werden. Außerdem kann das Strahlwerkzeug nur kleine Bereiche auf einmal bearbeiten, daher kann diese Methode langsamer sein und es ist schwierig, mehrere Bauteile gleichzeitig zu bearbeiten.

3d-print-post-processing-abrasive-blasting-sand-blasting

CNC-Fräsen

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SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

CNC-Fräsen ist eigentlich die Umkehrung des 3D-Drucks - es verwendet einen computergesteuerten Fräser, der sich in drei Achsen bewegt (und manchmal auch dreht), um die gewünschte Geometrie herauszuschneiden. Wie 3D-Drucker verwendet die Fräse "G-Code", um die Bewegungen des Werkzeugs zu programmieren, in diesem Fall ein Fräswerkzeug anstelle eines Filament-Extruders.

Während die CNC-Bearbeitung als hochpräzise von 0,005" bis 0,00005" gilt, kann sie bestimmte Geometrien nicht herstellen und verschwendet oft Material. Umgekehrt kann der großformatige 3D-Druck nicht die gleiche Genauigkeit erreichen, kann aber viel komplexere Geometrien herstellen und verschwendet sehr wenig Material.

Es ist in der Regel weder zeit- noch kosteneffektiv, die gesamte Oberfläche eines 3D-gedruckten Bauteils zu fräsen, und es kann schwierig sein, das Fräswerkzeug auf die Druckposition zu kalibrieren. Aber obwohl diese beiden Produktionsmethoden scheinbar im Widerspruch zueinander stehen, gibt es einige Situationen, in denen sie zusammen verwendet werden können. Wenn ein Teil eines 3D-gedruckten Bauteils extrem glatt oder genau sein muss, kann dieser spezielle Bereich gefräst werden. Alternativ können Hersteller Material einsparen, indem sie ein Teil in einem groben Zustand 3D-drucken, bevor sie es in hoher Genauigkeit fräsen.

Tauchen im chemischen Bad

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Bei diesem Prozess wird das Werkstück in ein chemisches Bad eingetaucht, das die einen kleinen Teil der Oberfläche abträgt. Der Prozess beinhaltet ätzende Materialien wie Lauge, Natriumhydroxid oder Dichlormethan und sollte nur von Fachleuten mit den erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen durchgeführt werden. Die Wahl der geeigneten Chemikalie hängt ganz vom Material des 3D-Drucks ab, da die Chemikalie abrasiv auf das Druckmaterial wirken muss.

Es ist etwas Fachwissen erforderlich, um zu bestimmen, wie lange Bauteile eingetaucht bleiben sollten: zu kurz und das Bauteil wird nicht ausreichend glatt, zu lang und die komplette Oberfläche könnte aufgelöst werden. Normalerweise wird das eingetauchte Werkstück vorsichtig bewegt, um das chemische Bad zu aktivieren und eventuelle Luftblasen zu entfernen.

Das Verfahren ist ideal für komplexe Geometrien, da das chemische Bad alle Oberflächen der eingetauchten Bauteile gleichzeitig behandelt. Die Größe des Chemikalientauchbehälters begrenzt einstrprechend die Abmessungen der behandelbaren Bauteile.

3D Print Post Processing Chemical Dipping Acetone

Additive Nachbearbeitungsmethoden

Die additive Nachbearbeitung bringt zusätzliches Material direkt auf gedruckte Werkstücke auf und ist hocheffizient, um Bauteile zu glätten und gleichzeitig die Oberflächen-Festigkeit zu erhöhen oder andere andere mechanische Eigenschaften hinzuzufügen. Es gibt ein breites Spektrum an Methoden vom Füllenüber das Grundieren, Beschichten und mehr.

Spachteln

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Beim Spachteln wird eine dicke Paste, die Spachtelmasse, verwendet, um Kerben wie die winzigen Lücken zwischen den Schichten eines 3D-Drucks aufzufüllen. Es wird in der Regel als erster Schritt vor dem Schleifen oder dem Aufbringen zusätzlicher Schichten verwendet. Es gibt eine große Auswahl an Spachtelmassen, von Pasten bis zu Sprays aus verschiedensten Materialien, von leichtem Spachtel bis zu 2-Komponenten-Harzen.

Spachtelmassen, wie Holzspachtel oder Haushaltsspachtel, sind in der Regel die zugänglichste Option. Sie werden einfach auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen und können durch leichtes Schleifen geglättet werden. Sprühspachtel sind einfach aufzutragen, bieten aber nur eine dünne Oberflächenabdeckung, was zu einer raueren Beschichtung führt. Robustere, aber anspruchsvollere Optionen sind Harzspachtel, die mit einer von zwei Methoden ausgehärtet werden müssen: Mischen mit einem Härter oder UV-Belichtung. Harze sind mit verschiedenen Viskositäten, Aushärtungsgeschwindigkeiten und erweiterten Eigenschaften wie UV- und Hitzebeständigkeit erhältlich. Für einige UV-gehärtete Harzspachtel kann es ausreichen, die Bauteile in der Sonne liegen zu lassen, aber für andere ist eine spezielle UV-Kammer erforderlich.

Verwenden Sie bei der Verarbeitung jeglicher Art von Harz Handschuhe und sorgen Sie für eine gute Belüftung des Arbeitsraums. Vergewissern Sie sich, dass Sie mit den Anforderungen Ihres Spachtelmaterials oder Ihrer Beschichtung vertraut sind, bevor Sie es auf ein Bauteil auftragen, da dies den Zeit- oder Geräteaufwand für die Nachbearbeitung drastisch verändern kann.

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Für einige UV-härtende Spachtelmassen kann es ausreichen, die Teile in der Sonne liegen zu lassen, für andere wird eine spezielle UV-Kammer benötigt.

Vergewissern Sie sich, dass Sie mit den Anforderungen Ihres Spachtelmaterials oder Ihrer Beschichtung vertraut sind, bevor Sie es auf ein Bauteil auftragen, da dies den Zeit- oder Geräteaufwand für die Nachbearbeitung drastisch verändern kann.

Grundieren

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Grundierungen bereiten 3D-gedruckte Bauteile für das Aufbringen nachfolgender Schichten vor, indem sie die Oberfläche für eine bessere Haftung vorbehandeln. Sie sind weit weniger zähflüssig als Spachtelmassen und können nur sehr kleine Unebenheiten der Oberfläche glätten, sodass ihre Hauptfunktion die Vorbereitung der Haftfläche ist. Grundierungen sind zum Sprühen oder für den Pinselauftrag erhältlich, wobei Sprühgrundierungen eine gleichmäßigere Beschichtung erzeugen können.

Um ein Werkstück möglichst effektiv zu grundieren, sollten die Unebenheiten und Schichtkerben zunächst durch andere Nachbearbeitungsmethoden wie Schleifen oder Spachteln reduziert werden. Stellen Sie sicher, dass Ihre Grundierung für die Kunststoffhaftung ausgelegt und für weitere Materialien, die Sie später auftragen möchten, geeignet ist.

Pinselauftragsverfahren

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Flüssige Beschichtungen bestehen aus den verschiedensten Materialien wie Farbe, Lack, Harz oder sogar Kunststoff. Die Pinselbeschichtung ist der einfachste Weg, um einzelne oder kleine Chargen von 3D-Druckteilen zu glätten. Die Oberflächenglätte kann zwar aufgrund von Pinselstrichen uneinheitlich sein, aber die Auswahl eines Materials mit der richtigen Viskosität kann diese Unregelmäßigkeiten vermeiden.

Für eine robuste und glatte Oberfläche verwenden Sie ein 2-Komponenten-Harz, das eine Mischung aus Harz und einem Härter ist. Bei der Kombination entsteht eine exotherme chemische Reaktion, die das Harz in einer bestimmten Zeit aushärtet. Es gibt eine riesige Auswahl an Harzprodukten für eine Vielzahl von Anwendungen: Harze für dünne Oberflächen, Gießharze für größere Volumina, schnell und langsam härtende Harze und Harze mit Zusätzen (wie z. B. Aluminium) für zusätzliche Funktionen wie Temperatur-, UV- oder Chemikalienbeständigkeit.

Um beim Pinselauftrag eine möglichst glatte Oberfläche zu erzielen, verwenden Sie ein Harz mit einer geeigneten Viskosität, die Pinselstriche ausgleicht, ohne dass Material vom Bauteil abtropft. Es gibt Harzprodukte, die speziell für 3D-Drucke geeignet sind und sehr glatte Oberflächen nach einem Arbeitsgang erzielen können.

Beim Streichen anderer Materialien wie Farbe oder Lack kann es schwieriger sein, Pinselstriche zu vermeiden, aber viele Beschichtungen können nach dem Trocknen geschliffen werden, um eine glattere Oberfläche zu erhalten. Es ist auch möglich, eine zusätzliche Beschichtung aus einem anderen Material, z. B. 2K-Harz, aufzutragen, um ein glatteres Endergebnis zu erzielen.

Sprühbeschichtung

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SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Als breit gefächerte und skalierbare Nachbearbeitungstechnik bietet die Sprühbeschichtung eine Reihe von praktikablen Methoden, die von Heimwerkerprojekten bis hin zur Automatisierung im industriellen Maßstab reichen. Sprühbeschichtungen sind in einer Vielzahl von Materialien wie Farben, Lacken, Harzen, Kunststoffen und Gummis erhältlich, um nur einige zu nennen.

Der einfache Ansatz für Heimwerkerprojekte ist eine Sprühdose, mit der Lack aufgetragen wird. Da diese Methode in der Regel zu einer minimalen Oberflächenglättung führt, wird empfohlen, das Bauteil zunächst zu schleifen und mehrere Schichten aufzutragen. Das Auftragen einer Sprühgrundierung kann dazu beitragen, dass die Beschichtung besser auf dem Werkstück haftet. Sprühfarbe kann für ästhetische Verbesserungen verwendet werden und Sprühlack kann die Oberfläche vor Abplatzungen, Verschleiß und UV-Schäden schützen.

Bei großvolumigen oder industriellen Anwendungen kann ein Roboterarm, der mit einem Sprühwerkzeugkopf ausgestattet ist, eine breite Palette von Beschichtungen auf ein 3D-gedrucktes Bauteil auftragen. Die Anwendung erfolgt typischerweise in einer Kabine mit einem entsprechenden Luftfilter. Diese Methode ermöglicht eine größere Auswahl an Materialien, einschließlich 2K-Sprühbeschichtungen, Grundierungen, Lacken und mehr, und führt zu einer höheren Auftragspräzision und -gleichmäßigkeit. Ein Roboterarm beschleunigt die Bearbeitungszeit und macht die Nachbearbeitung von hohen Stückzahlen auf industriellem Niveau möglich.

Die Sprühbeschichtung eignet sich am besten für die Veredelung großer Werkstücke, im Gegensatz zu anderen additiven Methoden wie Tauchen, Folieren oder Pulverbeschichten. Die letzteren Methoden erfordern alle eine Maschine oder Wanne, die das gesamte Bauteil aufnehmen kann, während die Sprühbeschichtung nur durch die Größe des Raums begrenzt ist, in dem sie durchgeführt wird.

Folieren

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Beim Folieren oder Vinyl Wrapping wird eine Klebefolie aus Metall oder Kunststoff auf ein Objekt aufgebracht. Allgemein bekannt für die Ummantelung von Fahrzeugen, kann Vinyl Wrapping mit einem geeigneten Material auch auf 3D-gedruckte Objekte aufgebracht werden. Je nach Material kann die Folie die Hitze- und Belastungsbeständigkeit erhöhen, wird aber oft auch zur ästhetischen Aufwertung wie Glättung und Oberflächenqualität eingesetzt.

Die Schwierigkeit dieser Nachbearbeitungsmethode hängt von der Größe und Komplexität Ihres Bauteils ab. Eine einfache Geometrie, wie z. B. die leicht gewölbte Seitenwand eines Fahrzeugs, ist relativ einfach zu folieren, aber komplexe Formen sind schwieriger und teilweise unmöglich zu folieren.

Das Wrapping ist besonders geeignet, um detaillierte Oberflächendesigns auf 3D-gedruckte Bauteile aufzubringen. Klebefolien gibt es in einer großen Auswahl an Farben und Mustern sowie in individuell gedruckten Designs. Die Folie kann von Hand aufgetragen werden, wobei das Material über die Objekte gespannt wird, um sicherzustellen, dass keine Unvollkommenheiten wie Luftblasen zurückbleiben. Oft werden dabei Heißluftpistolen verwendet, um das Aufbringen zu erleichtern und Fehlstellen zu vermeiden. Bei der Vakuumfolierung wird der Prozess automatisiert, um schnellere und präzisere Ergebnisse zu erzielen und sicherzustellen, dass sich das Material so perfekt wie möglich um das Werkstück wickelt.

Das Folieren ist in der Regel nicht für komplexe Bauteile geeignet, da die Folie nur sehr schwer gleichmäßig und innerhalb von Hohlräumen aufgebracht werden kann.

Die Schwierigkeit bei der Folierung hängt von der Größe und Komplexität Ihres Bauteils ab. Eine glatte Oberfläche - wie die Seitenverkleidung eines Fahrzeugs - sollte einigermaßen einfach zu folieren sein, aber komplexe Formen werden exponentiell schwieriger.

Tauchbeschichtung

3D Print Post Processing Dipping Coating

SCHWIERIGKEITSGRAD
OBERFLÄCHENQUALITÄT

Bei der Tauchbeschichtung wird ein Werkstück in eine Wanne mit Material wie Farbe, Harz, Gummi usw. eingetaucht und nach einer bestimmten Zeit wieder herausgenommen, wodurch eine gleichmäßige Verteilung auf der Oberfläche entsteht. Das Bauteil kann mehrmals getaucht werden, um eine dickere Beschichtung und eine glattere Oberfläche zu erhalten. Das Eintauchen kann zur ästhetischen Veredelung und zur Funktionsverbesserung verwendet werden, wie z. B. zur Erhöhung der Festigkeit und Beständigkeit gegen Hitze, Chemikalien, Wetter usw.

Der typische Tauchprozess besteht aus fünf Stufen:

Eintauchen: Das 3D-gedruckte Bauteil wird mit konstanter Geschwindigkeit in eine Wanne mit Material eingetaucht.
Tauchen: Das Bauteil bleibt für eine bestimmte Zeit eingetaucht, damit die Beschichtung anhaften kann.
Abscheidung: Das Bauteil wird mit einer konstanten Geschwindigkeit entnommen, während eine dünne Schicht des Materials auf dem Bauteil verbleibt.
Abtropfen: Überschüssiges Material tropft von der Oberfläche des Bauteils zurück in die Wanne.
Verdunstung: Wenn die Beschichtung aushärtet, verdampft das Lösungsmittel aus dem Material und hinterlässt eine feste Beschichtung.

Der Wassertransferdruck ist eine spezielle Methode zum Aufbringen detaillierter Designs auf ein Bauteil. Das Werkstück wird in eine Wanne mit sauberem Wasser getaucht, auf dessen Oberfläche eine Materialschicht schwimmt, in der Regel eine wasserlösliche Druckfolie oder eine Farbe auf Ölbasis. Wenn das Bauteil die schwimmende Schicht durchläuft, haftet die Folie oder Farbe an der Oberfläche des Bauteils. Die Oberflächenspannung des Wassers sorgt dafür, dass sich der Film um jede Form wölbt. Die besten Ergebnisse werden bei Werkstücken mit leicht gekrümmten Geometrien erzielt.

Die Tauchbeschichtung eignet sich für komplexe Geometrien und erfordert Fachwissen über das verwendete Beschichtungsmaterial. Die Größe der Wanne bestimmt die Dimension der behandelbaren Werkstücke. Große Bauteile sind möglicherweise nicht machbar, obwohl eine Serienverarbeitung für kleinere Bauteile möglich ist.

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