Direkte Fertigung erklärt:Die Wissenschaft hinter dem 3D-Druck

Direkte Fertigung (DM) – auch bekannt als additive oder schnelle Fertigung – ist ein Prozess, der aus einer Flüssigkeit oder einem Pulver ein festes, dreidimensionales (3D) Objekt erzeugt. Dies kann erreicht werden, indem die Substanz mit einem Laser oder einer anderen Strahlform, beispielsweise einem Elektronenstrahl, bestrahlt wird oder indem sie in geschmolzener Form durch extrem schmale Düsen geleitet wird. Digitalisierte Entwürfe, wie sie beispielsweise in CAD-Programmen (Computer-Aided Design) erstellt wurden, werden in einen Computer eingespeist, der den Prozess steuert und das Endprodukt erstellt.

Die Direktfertigung kann vereinfacht als „3D-Druck“ bezeichnet werden. Die Bedienung ähnelt zwar der eines klassischen Tintenstrahldruckers, funktioniert aber dreidimensional. Wie beim herkömmlichen Drucken wird der Rest des Prozesses ohne menschliches Eingreifen abgewickelt, sobald das Design in den Computer eingegeben wurde.

Die Arten der direkten Herstellung lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:solche, bei denen geschmolzenes Material aufgetragen wird, und solche, bei denen Materialschichten bearbeitet werden. Im ersten Fall wird geschmolzenes Material – normalerweise ein Kunststoff – durch Düsen extrudiert, die nicht viel breiter als ein menschliches Haar sind. Die Filamente werden entsprechend der CAD-Zeichnung schichtweise abgelegt, wobei eine typische Schicht 0,005 Zoll (0,0127 cm) dick ist.

Bei einwirkendem Material wird meist mit einer Walze eine dünne Pulverschicht aufgetragen. Anschließend wird mit einem Laser oder einem anderen Energiestrahl eine Schicht der CAD-Zeichnung über das Pulver geätzt. Die Pulverpartikel werden in Form des Strahlverlaufs verschmolzen und bilden so eine einzige Schicht der Zeichnung. Der Vorgang wird dann wiederholt, bis der Artikel fertig ist.

Spezialartikel oder Artikel in begrenzter Stückzahl eignen sich häufig am besten für die direkte Fertigung, beispielsweise Prototypen oder Teile für Raumfahrzeuge oder Militärflugzeuge mit ungewöhnlicher Geometrie. Bei der Herstellung von Endverbraucherartikeln behaupten einige Unternehmen, die mit DM-Methoden arbeiten, dass das Verfahren mit herkömmlichen Bearbeitungs- und Spritzgusstechniken konkurrenzfähig sei. Bei der Entscheidung zwischen DM und einem anderen Herstellungsprozess sollten das Herstellungsvolumen, die Designkomplexität und die Änderungswahrscheinlichkeit berücksichtigt werden.

Aufgrund der unerschwinglichen Kosten für Formen und bearbeitete Teile, die für die traditionelle Fertigung erforderlich sind, kann die Direktfertigung für kurze oder unsichere Produktionsläufe gut geeignet sein. Sobald der vorgesehene Lauf beendet ist, kann es für andere Produkte verwendet werden. Bei sehr komplexen Designs ist DM möglicherweise in der Lage, einteilige Artikel herzustellen, die mit den meisten anderen Fertigungsmethoden nur schwer oder gar nicht herzustellen wären.

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