Der Arbeitsprozess in der additiven Fertigung
In diesem Blogbeitrag lernst Du die grundsätzlichen Arbeitsschritte in der additiven Fertigung zur erfolgreichen Erstellung deines gewünschten Bauteils mit additiven Fertigungslösungen kennen. Diese erstrecken sich über die 3D-Druckvorbereitung, den 3D-Druck selbst, die Nachbearbeitung sowie die eventuelle Veredlung von 3D-Druckteilen. Zuletzt zeigen wir dir auf, wie Du die verschiedenen 3D-Drucker, 3D-Scanner, 3D-Zubehör und 3D-Software ideal einsetzen kannst, um deinen 3D-Druckprozess optimal zu gestalten. Ebenso erhältst Du weitere hilfreiche Tipps darüber, was Du bei deinem 3D-Druckvorgang beachten solltest, um ein hochqualitatives, 3D gedrucktes Teil zu erhalten.
Die Arbeitsschritte in der additiven Fertigung zur Herstellung eines Bauteils
Je nach individueller Anwendung und den verwendeten additiven Fertigungslösungen unterscheiden sich die Arbeitsschritte in der additven Fertigung im Detail.
Für sämtliche 3D-Drucker lassen sich jedoch folgende grundsätzliche Arbeitsschritte zur Erstellung eines 3D gedruckten Bauteils definieren:
1. Vorbereitung des 3D-Drucks (Pre-processing)
Als Erstes erfolgt die Vorbereitung deines individuellen 3D-Drucks. Dazu müssen 3D-Druckdaten erstellt werden, die eine digitale Vorlage deines gewünschten Teils darstellen.
Für die Konstruktion deines individuellen 3D-Modells benötigst du ein CAD-Programm. Auch eignen sich 3D-Scanner ideal, um ein bereits vorhandenes, originales Objekt präzise zu digitalisieren, da die gewonnen Daten anschließend als 3D-Modell verwendet werden können.
Technische Hilfsmittel zur Erzeugung deines idealen 3D-MOdells
Je nach der Objektgröße bei deiner individuellen Anwendung eignen sich unterschiedliche 3D-Scanner unseres Herstellers Artec 3D. Artec 3D bietet hochqualitative 3D-Scanner, die sowohl durch ihre einfache Bedienbarkeit, als auch durch die hochaufgelösten, ultrapräzisen 3D-Scans überzeugen.
Für sehr große Objekte wie etwa einen Helikopter eignet sich der Artec Ray 3D-Scanner. Auch der tragbare Artec Leo 3D-Scanner mit integriertem Bildschirm für einen einfachen 3D-Scanningvorgang kann große Objekte erfassen. Mit dem beliebten Artec Eva 3D-Scanner können mittelgroße Objekte erfasst werden, womit er sich für eine Vielzahl an Anwendungen eignet. Neben dem Artec Eva 3D-Scanner kann auch der preiswertere Artec Eva Lite 3D-Scanner zum 3D-Scan mittelgroßer Objekte benutzt werden. Um kleinere Objekte wie zum Beispiel ein Ohr für eine Prothese zu scannen, ist der Artec Space Spider die ideale Wahl. Zuletzt eignet sich der 3D-Scanner Artec Micro für sehr kleine Objekte wie etwa einer Münze.
Unser Hersteller 3D Systems Geomagic bietet verschiedene Ingenieursoftwares an, die dich dabei unterstützen aus deinen 3D-Scans präzise 3D-Modelle zu erstellen.
Zum Beispiel kannst Du mit der Geomagic Design X Software schnell und ohne Mühe digitale CAD-Modelle aus realen Teilen erstellen. Die Geomagic Wrap Software ist spezialisiert auf die Bearbeitung der Oberfläche deiner 3D-Scan-Dateien, wodurch Du einzigartige 3D-Modelle erzeugen kannst. Ebenfalls kann die Geomagic für Solidworks Software dich bei deinem Reverse-Engineerung-Prozess durch die Integration in SOLIDWORKS optimal unterstützen. Zuletzt eignet sich auch die Design Software Geomagic Freeform ausgezeichnet, um schnell komplexe Formen in detaillierte 3D-Modelle zu verwandeln, die für Prototypen oder direkt für die Fertigung genutzt werden können.
Mit Artec Studio kannst Du deine 3D-Scans professionell verarbeiten. Die einfach zu bedienende, intuitive Software sorgt für eine schnelle und exakte Konstruktion deines 3D-Modells. Auch der anschließende Export der STEP-Datei in eine Software wie Geomagic für SOLIDWORKS oder Geomagic Design X kann problemlos erfolgen.
Schließlich wird das dreidimensionale Modell von deinem 3D-Drucker genutzt, um dein echtes Bauteil zu fertigen. Dein 3D-Modell kannst Du dazu einfach in unterschiedlichen Exportformaten importieren. Zum einen können CAD-Formate wie STEP- oder IGES-Dateien verwendet werden. Allerdings können manche Slicing-Softwares diese Formate nicht verarbeiten. Im Gegensatz dazu können Mesh-Formate beziehungsweise Gitternetzlinienmodelle ausgezeichnet in Slicing-Softwares verarbeitet werden, denn sie machen einen direkten 3D-Druck möglich. Für einfarbige Modelle gibt es dabei das Mesh-Format STL. Der Mesh-Dateityp OBJ/3mf kann sowohl für einfarbige als auch für farbige Modelle genutzt werden. Zuletzt eignen sich die Mesh-Formate WRL/VRML und PLY ebenfalls für farbige 3D-Modelle.
Sobald Du dein 3D-Modell fertig gestellt hast, erfolgt im nächsten Schritt das Slicing. Dafür benötigst Du eine geeignete CAM-Software, in welcher Du essentielle weitere Informationen für deinen 3D-Druck einstellen kannst. Angaben wie zum Beispiel die Drucktemperatur, die stützenden Strukturen, die benötigte Füllmenge, die Platzierung des Bauteils im 3D-Drucker und viele weitere können im Slicing-Programm festgelegt werden. Diese Informationen werden der Datei deines 3D-Modell hinzugefügt. Meist gibt es ein integriertes Slicer-Programm für deinen 3D-Drucker, da die Software mit deinem 3D-Drucker kompatibel sein muss. Nachdem sämtliche relevanten Angaben für den 3D-Druck mit Hilfe des Slicers eingefügt wurden, kann der 3D-Drucker nun den Fertigungsauftrag starten.
Geeignete CAM-Softwares für das Slicing deines 3D-Modells
Nach dem Du dein gewünschtes Bauteil in deiner beliebigen CAD-Software designed hast, kannst Du die erzeugte STL- bzw. OBJ-Datei anschließend direkt in die 3D-Druckvorbereitungssoftware PreForm importieren. Bereits nach wenigen Einstellungen in der PreForm Software ist dein 3D-Modell innerhalb von Minuten bereit zum 3D-Druck auf deinem Formlabs 3D-Drucker. Dafür richtet sich die intelligente PreForm Software selbst aus und passt Einstellungen wie das Drucklayout, die Druckausrichtung oder die Stützstrukturen automatisch an dein 3D-Modell an. Dies macht zum einen die Arbeit mit der intuitiven Software selbst für Unerfahrene besonders leicht und sorgt zum anderen für ein optimales Druckergebnis.
Die Markforged Eiger Software unterstützt dich auf dem gesamten additiven Fertigungsprozess von der Entwicklung über die Fertigung bis hin zum fertigen Druckteil aus deinem Markforged 3D-Drucker. Dafür genügt eine aus CAD erzeugte Datei für die Fertigung eines funktionsfähigen Teils. Dabei wird der Fertigungsprozess dank Markforged Eiger so einfach wie nie zuvor gestaltet. Der Workflow der Software ist browserbasiert, wodurch er schnell, sicher und intuitiv ist. Markforged Eiger ist eine vernetzte Plattform, die dir die flexible und ortsunabhängige Arbeit ermöglicht. Dabei benachrichtigt dich die Markforged Eiger Software in Echtzeit über relevante Projektfortschritte beim 3D-Druck deiner Bauteile aus Fasern, Verbundwerkstoffen und Metallen.
2. 3D-Druck (Processing)
Sofern alle Einstellungen im Slicing-Programm korrekt getroffen wurden, kann dein 3D-Drucker nun dein 3D-Modell als reales, funktionsfähiges Bauteil herstellen. Dabei wird je nach 3D-Drucker ein unterschiedliches 3D-Druckverfahren zum 3D-Druck der Teile verwendet.
Beispiele an 3D-Druckverfahren in der additven Fertigung
Bei dem 3D-Druckverfahren der Stereolitografie werden Kunststoffmaterialien durch einen Laser in flüssiges Kunstharz verwandelt. Dabei wird das flüssige Kunstharz in dünnen Schichten ausgehärtet, wodurch das gewünschte Teil entsteht. Unter anderem arbeiten die Formlabs 3D-Drucker Formlabs Form 3+, Formlabs Form 3B+, Formlabs Form 3L und Formlabs Form 3BL mit diesem Verfahren.
Das additive Fertigungsverfahren des Selective Lasersintering (SLS) verwendet Polymerpulvermaterialien. Ein Hochleistungslaser sintert dabei das Pulver in dünnen Schichten, wobei das unverbrauchte Pulvermaterial als Stütze für die 3D-Druckteile dient und nach dem 3D-Druck wiederverwendbar ist. Mit diesem Produktionsverfahren arbeiten zum Beispiel der Formlabs Fuse 1 und der Formlabs Fuse 1+ 30W 3D-Drucker.
Im Druckverfahren des Fused Filament Fabrication (FFF) werden geschmolzene Thermoplast-Filamente auf der Bauplattform extrudiert. Dabei werden diese ebenfalls schichtweise verschmolzen bis das gewünschte Teil entsteht. FFF-3D-Drucker wie zum Beispiel der Markforged X3, der Markforged X7 oder der Markforged FX20 können beim 3D-Druck eine Schichthöhe von 50 Mikrometern erzielen.
Nachdem der 3D-Druckprozess beendet ist, ist das 3D gedruckte Teil bereit für die Entnahme aus dem Bauraum des 3D-Druckers.
3. Nachbearbeitung (Post Processing)
Je nach dem verwendeten 3D-Druckverfahren bieten sich verschiedene Nachbearbeitungsschritte an. Hinzu kommt, dass auch der Aufwand für die Nachbearbeitung je nach eingesetztem 3D-Drucker sehr unterschiedlich ausfällt.
Im Folgenden erhältst Du einen Überblick darüber, welche Nachbearbeitungsschritte bei den 3D-Druckern unserer Hersteller Formlabs und Markforged erfolgen.
Die Nachbearbeitung beim SLA 3D-Druckverfahren des Formlabs Form 3+ und des Formlabs Form 3B+ 3D-Druckers erfolgt mühelos in den dazugehörigen Nachbearbeitungsstationen Form Wash und Form Cure. Dabei wird das 3D gedruckte Bauteil zuerst im Form Wash gereinigt und anschließend im Form Cure ausgehärtet. Für die großformatigen Formlabs SLA 3D-Drucker Formlabs Form 3L und Formlabs Form 3BL gibt es die Nachbearbeitungsstationen Form Wash L und Form Cure L für deine 3D-Druckteile im Großformat.
Für die Formlabs SLS 3D-Drucker Formlabs Fuse 1 und Formlabs Fuse 1+ 30W gibt es die Nachbearbeitungsstation Formlabs Fuse Sift. Im Fuse Sift kann das überschüssige Pulvermaterial abgetragen werden, das nach dem 3D-Druck noch am Bauteil haftet. Des Weiteren ist das Pulver so direkt recycelbar und für deinen nächsten 3D-Druck wieder einsatzbereit. Darüber hinaus eignet sich auch das Strahlen als weiterer Nachbearbeitungsschritt für SLS Teile. Durch das Strahlen mit Druckluft und Strahlmitteln lassen sich die letzten Pulverrückstände einfach vom Bauteil lösen und es entsteht eine ideale Oberfläche.
Falls beim 3D-Druck mit den Markforged 3D-Druckern eine Stützstruktur am Bauteil verwendet werden muss, sollte diese bei der Nachbearbeitung entfernt werden. Mit Hilfe der Markforged Eiger Software wird dir in der 3D-Druckvorbereitung automatisch angezeigt, ob Stützstrukturen am Bauteil benötigt werden. Sofern diese von Nöten sind, erzeugt die Eiger Software diese automatisch. Dabei werden diese so designed, dass die Stützstrukturen in der Nachbearbeitung besonders leicht vom Bauteil zu lösen sind.
Neben der weiteren Bearbeitung der Bauteile sollte zuletzt auch eine Kontrolle der Qualität der 3D gedruckten Teile erfolgen.
Manche 3D-Drucksoftwares können dir bereits während des 3D-Druckvorgangs Informationen zur Inspektion deines Bauteils liefern.
Ebenso eignen sich die Artec 3D-Scanner durch ihre Fähigkeit, Objekte in außerordentlich hoher Präzision digital zu erfassen, perfekt, um eine Qualitätskontrolle bei 3D gedruckten Bauteilen durchzuführen.
Additive Fertigungslösungen für die Qualitätkontrolle deiner Teile
Die Markforged Inspection Software erfasst dein Bauteil bereits während dem 3D-Druck und gleicht diese mit deinem verwendeten 3D-Modell ab. Anschließend stellt dir die Markforged Inspection Software einen Bericht der Abweichungen zusammen, den Du ganz einfach online öffnen kannst. Damit ermöglicht dir die Inspection Software eine automatische Qualitätskontrolle bereits während des 3D-Drucks. Zudem können Benutzer auch Abweichungstoleranzgrenzen für den 3D-Druck festlegen.
Alles weitere zur Markforged Inspection Software erfährst Du unter:
Ein Anwendungsbereich der Artec 3D-Scanner ist die Qualitätskontrolle. Dabei eignen sich besonders der Artec Eva 3D-Scanner und der Artec Space Spider zur Qualitätskontrolle deiner 3D gedruckten Bauteile. Die Qualitätskontrolle mittels Artec 3D-Scanner bietet dir unschlagbare Vorteile wie garantiert hohe Qualität, einen geringeren Kostenaufwand und hohe Zeiteinsparungen sowie Effizienzsteigerungen in deinem Produktionsprozess.
Sehe dir unsere Anwendungsbeispiele von realen Unternehmen in der Industrie an, die durch den Einsatz von additiven Fertigungslösungen bereits profitieren:
4. Veredelung von 3D-Druckteilen (Post Processing)
Als zusätzlicher Nachbearbeitungsschritt können verschiedene Methoden zur Veredlung eingesetzt werden, um die 3D gedruckten Bauteile je nach ihrer individuellen Anwendung ideal abzurunden. So kann die Veredlung von 3D-Druckteilen beispielsweise durch eine weitere Nachbearbeitung der Oberfläche mittels Einfärbungen, Lackierungen und Beschichtungen erfolgen. Außerdem sind auch das Polieren, das Strahlen sowie das Schleifen von 3D-Druckteilen häufige Nachbearbeitungsschritte zur Veredlung der Bauteile.
ANWENDUNGSBEISPIELE FÜR DIE vEREDLUNG VON fORMLABS 3D-DRUCKTEILEN
In dieser Case Study erfährst Du, wie du durch die Galvanisierung deine Teile aus den Formlabs SLA 3D-Druckern veredeln kannst. Bei der Galvanisierung werden die SLA-Teile mit einer dünnen Schicht aus Metall überzogen. Der Metallüberzug bietet den Teilen Schutz, besitzt eine einzigartige Optik und verbessert die Materialeigenschaften so, dass dein Bauteil eine besonders hohe Stabilität und Haltbarkeit erreicht.
Weitere Informationen zur Veredlung durch Galvanisierung findest Du in der kostenlosen Case Study:
Das Unternehmen Neo3D setzt den Formlabs Fuse 1 SLS 3D-Drucker ein, um patientenindividuelle Orthesenprodukte zu fertigen. Ebenfalls verwendet Neo3D die Artec 3D-Scanner, um beispielsweise die Knöchel der Patienten für die Erstellung eines 3D-Modells der Prothese zu erfassen. Abschließend wurden die Teile lackiert, um die medizinischen Anforderungen an die 3D gedruckten Teile zu erfüllen.
Lese die gesamte Case Study und erfahre alles zum Arbeitsprozess mit SLS 3D-Druck:
Starte in deine additive fertigung mit 3D-MODEL
Bei 3D-MODEL findest Du die perfekte additive Fertigungslösung für deine Anwendung. Neben den Formlabs und den Markfoged 3D-Druckern bieten wir auch verschiedene hochqualitative 3D-Drucker der Hersteller 3DCERAM, LOOP 3D und Raise3D an. Außerdem findest Du bei 3D-MODEL auch den idealen Artec 3D-Scanner für deine Anwendung.
Du hast Fragen zu den 3D-Druckern, den 3D-Scannern, zur Software oder zu den unterschiedlichen 3D-Druckmaterialien? Gerne beraten wir dich individuell nach deinen Anforderungen und unterstützen dich bei der additiven Umsetzung deines Projekts. Wir freuen uns auf deine Kontaktanfrage!