Wie funktioniert ein 3D-Druckers

3D-Drucker üben eine große Faszination auf viele Technikfans aus. Wird der Frage nachgegangen, wie ein solcher Drucker funktioniert, ist zunächst eine Gemeinsamkeit zu den herkömmlichen Office-Druckern festzustellen. Auch der 3D-Drucker arbeitet auf der Grundlage von Daten, die ihm über eine geeignete Software zugeführt werden.

Das grundsätzliche Prinzip

Die Vorarbeit für den 3D-Druck wird mithilfe sogenannter CAD-Software geleistet. Diese Software ermöglicht das Planen von 3D-Modellen. Bekannte und gängige Dateiformate sind unter den Namen X3D, STL und VRML bekannt. Wurde ein virtuelles Modell vollendet, wird die fertige Datei an den Drucker gesendet. Die Technik, die beim 3D-Druck zur Anwendung kommt, wird auch als additives Fertigungsverfahren bezeichnet. Dies bedeutet, dass der Drucker die Modelle erstellt, indem Objekte in Schichten horizontal gebildet werden. Stoffe, die für den Vorgang üblicherweise eingesetzt werden, sind Kunstharze und Kunststoffe. Darüber hinaus lassen sich auch Metalle verwenden. Die bekanntesten Verfahren sind das Laser-Sintern und die Stereolithographie.

Das Laser-Sintern

Beim Laser-Sintern wird entweder auf einen CO2-, einen Faser- oder einen YAG-Laser zurückgegriffen. Ferner kommen bei dieser Technik zwei Hebebühnen zum Einsatz. Eine Hebebühne bewegt sich von unten nach oben. Sie wird dafür benötigt, dass das verwendete Rohmaterial geliefert wird. Das Rohmaterial besteht dabei oft aus Polyamid-12-Pulver, allerdings kann beispielsweise auch Formsand, der mit Kunststoff beschichtet wurde, verwendet werden.
Die zweite Hebebühne wird als Drucktisch bezeichnet. Sie bewegt sich in entgegengesetzter Richtung zur ersten Hebebühne. Objekte werden hier von unten nach oben aufgebaut, indem eine dünne Schicht Pulver durch eine Rolle auf den Drucktisch aufgetragen wird. Der Laser erhitzt das Pulver nach den Vorgaben der Ausgangsdatei und schmilzt auf diese Weise Schicht für Schicht zusammen.

Die Stereolithographie

Ein Unterschied zum Laser-Sintern besteht darin, dass das Ausgangsmaterial bei der Stereolithographie flüssig ist. Die wesentlichen Arbeitsvorgänge vollziehen sich über eine Hebebühne und ein Becken mit Epoxidharz. Zu Beginn des Vorgangs befindet sich die Hebebühne einen halben Millimeter unterhalb der Oberfläche. Nun läuft Kunstharz ein und wird vom Laser ausgehärtet. Wurde die erste Schicht auf diese Weise gebildet, senkt sich die Bühne minimal, sodass neues Kunstharz einlaufen und ausgehärtet werden kann. Der Vorgang wird bis zur Vollendung des Modells wiederholt.