Rapid Prototyping: Praxisbeispiel 3D-Druck im ColorJetPrinting-Verfahren Wenn heute der Begriff 3D-Druck fällt denken die meisten Leute an Plastikmodelle. Dabei gibt es noch eine Reihe anderer Werkstoffe, die je nach Anwendung ihre Vor- und Nachteile haben. Die 3D-Technologie ColorJetPrinting (CJP) Heute möchte ich Ihnen die 3D-Drucktechnologie des ColorJetPrinting (CJP) vorstellen. Die gefertigten Modelle bestehen aus einem gipsbasierten Hochleistungsverbundwerkstoff. Das Verfahren ist hervorragend geeignet, früh im Industrial Design-Prozess Prototypen als Mockup kostengünstig, schnell und in guter Qualität herzustellen. So können schon am Anfang der Produktentwicklung wichtige Fragen zu Design, Geometrie, Haptik und Herstellbarkeit geklärt werden, was durch alleinige visuelle Darstellung nicht möglich ist. Der überragende Vorteil des CJP ist, dass die Modelle in Vollfarben erstellt werden können, was gerade zur Beurteilung des Designs von hohem Nutzen ist. Hierbei lassen sich fotorealistische Texturen mit einer Auflösung von 600dpi realisieren. Ein nachträgliches Einfärben ist nicht mehr nötig und trägt zu einer Kosteneinsparung bei. Prototyp-Erstellung eines Spreizer-Modells Um die Vorteile der additiven Fertigung aufzuzeigen wurde folgendes Beispiel gewählt, das die Erstellung eines Feuerwehr-Rettungsspreizers als maßstäbliches Modell zeigt. Bei der Realisierung des Prototyps sollen die Einzelteile wie Gehäuse (orange-weiß), Haltegriff, zwei Spreizerarme mit Backen, vier Bolzen und der weiße Kolben mit beweglichen Elementen hergestellt werden. Dazu wurde die 3D-Druck-Maschine ZPrint 650 eingesetzt, die heute von 3D-Systems unter dem Namen ProJet 660Pro vertrieben wird. Die einzelnen Schritte des Herstellungsprozesses sind in der folgenden Bildfolge dargestellt:
Bildfolge: Herstellungsprozess: Grundlage für jedes Teil ist eine 3D-Datei, die von der 3D-Druckersoftware virtuell in viele einzelne Ebenen zerlegt wird. Dateiformate: WRL für Farbdrucke, STL Format für monochrom weiß. Bild 1: Ansicht der Modelldateien in Maschinensoftware: Einzelteile werden im Maschinenbauraum optimal platziert.
In Pulverform wird das Material in den Bauraum gegeben und - im Prinzip eines Tintenstrahldruckers - Binder in den Druckfarben CMY, Black und Clear an den vorgegebenen Stellen in das Pulver gesprüht. Anschließend wir die nächste Pulverschicht aufgetragen und erneut Binder aufgesprüht, so dass es sich Schicht für Schicht zu einer Einheit verbindet. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis das Teil fertig ist. Die Größe des Bauraums beträgt 381x254x203mm. Bild 2: Druckvorgang: Blick in dem Bauraum der Maschine, farbiger Bindereintrag in Pulverschicht.
Ähnlich wie beim Bauen mit Bausteinen wird dann das Objekt Ebene für Ebene aufgebaut. Die Schichtdicke beträgt 0,1mm. Bild 3: Druckvorgang: 2D-Ansicht des aktuell gedruckten Layers. Es wurden insgesamt 708 Schichten aufgetragen Zum Schluss wird überschüssiges Pulvermaterial entfernt. Bild 4: Nach Druckvorgang: automatische Absaugung des Pulvers aus Bauraum.
Bild 5: Cleaning: Einzelteile in Reinigungsstation, um Pulverreste mit Druckluft und Pinsel zu entfernen. Bild 6: Cleaning: von Pulverresten gereinigte Teile.
Durch Infiltration können die Modelle nach dem Druckprozess versiegelt und gefestigt werden. Dadurch steigert sich die Farbbrillanz, es lassen sich spezielle Materialanforderungen erreichen und die Modelle können weiterbearbeitet werden, z.b. Schleifen, Bohren, etc. Bild 7: Infiltrieren: Mit ColorBond ( Sekundenkleber ) infiltrierte Teile zum Aushärten.
Bild 8: Fertig zusammengebautes Modell Maße des montierten Spreizers (LxBxH): 350x135x100mm. Das Bauvolumen für dieses Produkt beträgt 620cm³. Spiel beweglicher Teile: 0,25mm. Reine Druckzeit: 5h 40min.
Das Unternehmen 3D Fabrik Oliver Wesch Herr Oliver Wesch ist Inhaber des StartUp-Unternehmens 3D Fabrik Oliver Wesch aus Neckarsteinach (www.3d-fabrik.eu). Das Angebot umfasst innovative Dienstleistungen zum 3D-Druck von hochwertigen Anschauungsmodellen und dem 3D-Scan von Objekten. Schwerpunktmäßig werden Lösungen für die Bereiche Produktentwicklung, Marketing, Architektur sowie Medizin und Forschung geboten. Ziel ist, die 3D-Technologie in der Metropolregion Rhein-Neckar und darüber hinaus zu etablieren und dabei Ihr Premium-3D- Dienstleister und kompetenter Ansprechpartner in einer nachhaltigen Partnerschaft zu werden. Deshalb steht der Inhaber Oliver Wesch persönlich dafür, Ihnen hervorragende Qualität, bedarfsorientierte Lösungen, vertrauensvolle Zusammenarbeit und termingerechte Abarbeitung zu einem attraktiven Preis-/Leistungsverhältnis zu bieten. Dies wird erreicht durch den Einsatz von modernen Maschinen, professioneller Beratung und höchster Sorgfalt.