Revolution 3D-Druck (2): Von A bis Z – Druckwerkstoffe: von Akryll bis Zement über Keramik und Metall.

Was ist eigentlich 3D-Druck? Additive Fertigung ist ein Oberbegriff für ein Produktionsverfahren, wobei das Material Schicht für Schicht aufgetragen wird. Und was macht man damit? Mittlerweile stellt man damit nicht nur Prototypen her, sondern fertigt man in Serie. Die Produktion wird ganz anders. Aktuell revolutionert 3D-Druck dank schneller Weiterentwicklungen Unternehmensprozesse.

Über die Serie

Im Teil 1 dieser Serie schrieben wir, dass additive Fertigung eine Revolution bedeutet. Dabei ist 3D-Druck nicht neu. Aber wird gerade neu eingesetzt.

Beim Wort additive Fertigung kommt in den Gedanke das Bild eines genialen Tüftlers, der innovative Einzelstücke aus Kunststoff mithilfe eines 3D-Druckers realisiert.

Viel weniger oft denkt man z.B. an das Bild eines Objekts aus Metall. Denn bei Metallverarbeitung stellt man sich Gießen vor, vielleicht auch noch Schweißen, Schmieden, Ziehen, Fräsen und so weiter. Doch Metall drucken? Ja, auch das ist mittlerweile normal.

In diesem Teil unserer Miniserie wollen wir die Denkbarrieren sprengen und ein kleines, nicht vollständiges Inventar davon machen, mit welchen Werkstoffe es möglich ist zu drucken. Die Idee dabei ist nicht, eine Liste von Verfahren für 3D-Druck zu machen, sondern die Fülle der Möglichkeiten zu zeigen.

Der Klassiker: 3D-Druck mit Kunststoff

Wer unser CO2-Cube-Projekt kennt, weiß, dass das Kunststoff-Gehäuse mittels einem 3D-Drucker erstellt worden ist. Schon jetzt kann man sich mit 3D-Druck zuhause beschäftigen und kleine Objekte herstellen. Was ist also erst recht in der Industrie möglich?

Kunststoff ist das erste, woran man denkt, wenn 3D-Druck erwähnt wird. Dabei gibt es sehr diverse Kunststoffe – und die Industrie stellt sicher, dass die verschiedenste Materialien mit einem umfangreichen Angebot an Eigenschaften zur Verfügung stehen.

Werkstoffe mit verschiedenen Eigenschaften für zahlreiche Einsätze

Leistungsstarke Materialien, transparente Kunststoffe, gummiartige Substanzen sind für 3D-Druck erfolgreich entwickelt worden. Manche Kunststoffe können hohe Temperaturen ertragen, oder sind besonders widerstandsfähig gegenüber Chemikalien. Manche bleiben bei tiefen Temperaturen elastisch. Andere sind für hohen Druck besonders geeignet.

Neue Materialien erweitern die Möglichkeiten von 3D-Druck

Der 3D-Druck hat einen Vorteil bei der Produktionsgeschwindigkeit, der durch die gezielte Entwicklung neuer Stoffe weiter ausgebaut wird. Einige Harze erlauben durch Elastizität und Streckdehnung Anwendungen wie Druckverschlüsse. Andere sind besonders belastbar oder flexibel.

In der Medizintechnik ist Biokompatibilität eine besonders wichtige Eigenschaft – auch dafür sind einige Werkstoffe entwickelt worden.

Die Industrie entwickelt fortlaufend neue Materialien.

Additive Fertigung mit Metall

Auch mit Metall druckt die Industrie standardmäßig. Das Auslassen einer Etappe (die Herstellung einer Gießform) lässt Zeit gewinnen. Besonders für kleinere Stückzahlen können Unternehmen so ihre Produktivität erhöhen.

Von Aluminium bis Zink, über viele verschiedene Sorten von Stahl und zahlreiche Legierungen sind die Möglichkeiten sehr breit. Auch da kann die Qualität der einsetzbare Metalle ruhig mit der Metallsorten in traditionellen Bearbeitungsformen aufnehmen.

Edelstahl bis zu Duplex- und Superduplexstahl, Werkzeugstahl (auch Maragingstahl), Legierungen auf Basis von Nickel, Cobalt, Titan, Kupfer oder Aluminium sind alle machbar.

Die Eigenschaften der Legierungen reichen von der Einsetzbarkeit bei hohen Temperaturen bis zur niedrigen Dehnung über magnetische Faktoren. Und auch da sind neue Werkstoffe ständig in den 3D-Druck-Nachrichten.

Große Dimensionen bei 3D-Druck – Additive Verfahren mit Zement und Beton

Beim Bauen ist Schnelligkeit ein Vorteil: Zwar muss man den Drucker erstmal installieren… aber dann kann man ganze Häuser im Beton drucken. Das wurde sowohl in Deutschland als auch im Ausland schon gemacht – und es ist beeindruckend.

Wenn man diese Idee weiterdenkt, ist es gleich möglich, Gebäude mit umweltfreundlicheren Materialien zu drucken… wie zum Beispiel: Erde.

Hart im Nehmen – auch mit sehr harten Werkstoffe drucken.

Die Wissenschaft verfeinert Verfahren im 3D-Druck weiter und verbessert Prozesse, sodass es nun möglich ist, mit vielen verschiedenen, auch harten, Materialien zu drucken. Besonders erwähnenswert sind folgende bahnbrechende Ideen:

• Glas: Hier wird insbesondere mit additiver Fertigung im Bereich des Mikroskopischen gearbeitet. Da kann 3D-Druck die Präzision bringen, die notwendig ist.
• Keramik: Die Eigenschaften von Keramik, die sehr hart und elektrisch isolierend ist, Wärme gut leitet, und Chemikalien aushalten kann, sind für eine Industrieanwendung günstig.
• Diamant: Hier sprechen wir nicht von Kronjuwelen, sondern von Industriediamanten, die wegen ihrer Härte vielfältige Einsätze zum Beispiel im Bergbau, Medizintechnik und Raumfahrt erlauben.

Biotechnologien: Die nächsten Grenzen überwinden

Die Wissenschaft geht immer weiter und sucht nach neuen Prozessen, um alle mögliche Materialien zu drucken. Und so wird auch mit Zellulose, zum Beispiel aus Holz, gedruckt. Diese Anwendung und andere wurden von 3D-Printing Industry beschrieben.

Aber letztendlich ist das Überraschendste, wenn Wissenschaftler einen Meilenstein erzielen, um Menschen zu helfen. Und auch dafür kommt 3D-Druck in Frage. Denn in Israel ist es einem Team um Prof. Tal Dvir gelungen, aus menschlichen Zellen mittels 3D-Druck ein kleines Herz zu herstellen. In die Zukunft könnte Bioprinting die Lösung der Wahl sein, um physische Wunden zu heilen.

3D-Druck: Überraschend und zukunftsweisend.

Wir sehen: 3D-Druck ist eine erstaunliche Technologie mit vielen, zukunftsweisenden Möglichkeiten. Von mikroskopische Teilen bis zu Häusern, von elastischen Kunststoffen bis zu harten Diamanten, von Mineralien bis lebenden Zellen: Vieles kann man drucken.

Garantiert gibt es Applikationen auch in Ihrer Branche.

Revolution 3D-Druck: Die Blogserie

Bisher erschienen:

• 1 – Warum die additive Fertigung alles ändert (Link)
• 2 – Von A bis Z – Druckwerkstoffe, von Akryll bis Zement über Keramik und Metall (dieser Artikel)
• 3 – Schnelles Wachstum im Markt für Additive Fertigung (Link)

Ausschau Folgende Themen werden wir im Laufe der Miniserie behandeln:

• Technologien
• Vorteile und Einsatzmöglichkeiten
• Die wichtigsten Industriebranchen und Anwendungsfelder
• Zukünftige Strategien
• Erfolgreiche Applikationen

Über den Autor:

Uwe Brüggemann ist Geschäftsführer der BM-Experts, Interim Manager, Buchautor und Keynote-Speaker. Zu seinen Stärken zählt die Fokussierung des Vertriebs auf Kundenbedürfnisse. Seit über 20 Jahren im B2B-Management bringt er reellen Mehrwert besonders da, wo neues Denken erforderlich ist: in der digitalen Transformation, bei der Entwicklung neuer Geschäftsmodelle oder bei der erfolgreichen Einführung neuer Produkte. Bei diesen Themen brilliert, überzeugt und begeistert er – immer mit Sales Excellence im Fokus. Uwe Brüggemann ist DDIM-Mitglied und Leiter der DDIM.regionalgruppe // Berlin-Brandenburg. Mehr unter bme.digital

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