3D-Drucklabor

3D-Drucklabor

Extruderkopf eines Fused Layer Modeling-Systems
Extruderkopf eines Fused Layer Modeling-Systems

Das 3D-Drucklabor dient im Wesentlichen zur Ausbildung von Studenten im Bereich von kunststoffbasiertem 3D-Druck und zugehöriger Prozessketten wie dem 3D-Scannen. Dabei wird die aktuelle Forschung auf die Lehrinhalte übertragen und ein Tutorium der Grundlagen mit modernem Bezug ermöglicht. Hauptsächlich wird dabei das Fused Filament Fabrication verwendet, dass auf der räumlich koordinierten Plastifizierung eines Kunststoffdrahtes durch Wärme basiert. Dazu stehen vier 3D-Drucker vom Typ Ultimaker 2+ mit zugehörigem PC-Arbeitsplatz zur Verfügung. Die Rechner sind mit aktueller Konstruktionssoftware mit Optimierung und aktueller Slicer Software ausgestattet. Die vorgelagerte Prozesskette der Drahtextrusion kann mittels eines einfachen Kunststoffextruders vom Hersteller 3devo veranschaulicht und Experimente mit Materialmischungen durchgeführt werden. Es können einfache Kunststoffe bis hin zu modernen Hochleistungskunststoffen verarbeitet werden.

Da jedes 3D-Druckverfahren spezifische Vor- und Nachteile besitzt, stehen zusätzlich die Verfahren der Stereolithographie und Selektivem Lasersintern zur Verfügung. Somit können zum einen hochwertige Oberfläche im Form2 mit der Notwendigen Nachbearbeitung diskutiert werden. Zum anderen wird das Pulverhandling von Kunststoffpulvern, sowie der Aufbauprozess in einer Lasersinteranlage am Sharebot Snowwhite diskutiert.

Druckdaten können entweder aus Datenbanken, durch Konstruktion am Rechner oder durch 3D-Scannen gewonnen werden. Zur Konstruktion stehen neben Standard CAD-Software auch eine Software zur einfachen Topologieoptimierung zur Verfügung. Es ist zudem möglich Scandaten aus einem 3D-Scan zu importieren und weiter zu verarbeiten. Zum 3D-Scannen stehen vier unterschiedliche Technologien zur Verfügung, die jeweils Vor- und Nachteile besitzen.

Für Studenten

Bei ausreichender Kenntnis der Prozessschritte kann der Raum inklusive der Infrastruktur mit eigenem Materialeinsatz für Abschlussarbeiten oder studentische Projekte verwendet werden. Nutzen Sie gegebenenfalls die Möglichkeit am Tutorium teilzunehmen. Die aktuellen Termine und alle relevanten Hinweise finden Sie in TUCaN oder hier.

Fused Layer Modeling

Dieser einfach zu benutzende 3D Drucker arbeitet auf Basis der Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling, FDM). Werkstücke können mit üblichen, 3 mm dicken, thermoplastischen Kunststoffdrähten aus ABS oder PLA in verschiedenen Farben erstellt werden. Eine 3D CAD-Datei wird im Stereolithographie-Format (.stl) in die Software der Maschine geladen. Nach einer G-Code-Umwandlung werden einzelne Scheiben des Modells an die Maschine geschickt und der Kunststoff auf einer Heizplatte Schicht für Schicht aufgetragen.

Technische Spezifikationen:

  • Nutzbare Fläche: 100 mm x 100 mm x 100 mm
  • Positioniergenauigkeit: 0,1 mm
  • Es können bis zu 5 Schrittmotoren eingesetzt werden (XYZ Plattform + A/B Extrudereinheit)
  • Beinhaltet Arduino MEGA control board Programierschnittstelle
  • Heizbare Plattform und heizbarer Extruder

MakerBot Thing-O-Matic

Der EVOlizer ist ein 3D-Drucker auf Basis der Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling, FDM). Antriebe, Führungen, geschlossenes Gehäuse und eine Absaugung mit Aktivkohlefilter sind von gehobener Qualität. Dabei nutzt der Drucker aber freie Software und bekannte Controller, sodass er sehr flexibel einsetzbar ist. Er besitzt zwei Druckköpfe, womit Stützmaterialien verdruckt oder zweifarbige Bauteile erstellt werden können.

Technische Spezifikationen:

  • Druckvolumen: 270 mm x 210 mm x 210 mm
  • 2 Extruder
  • Druckbett beheizbar aus CFK-Platte mit Kaptonfolie
  • Filament-Durchmesser: 1,75 mm
  • Durchmesser der Düse: 0,4 mm
  • Positioniergenauigkeit: 0,05 mm
  • Druckmaterialien: ABS, PLA, PVA, Nylon, u.A.

Der System 30 von Hyrel ist ein hybrider 3D-Drucker, der neben der bekannten Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling, FDM) Druckköpfe für weitere Möglichkeiten zum Aufbau von 3-dimensionalen Objekten bietet. So können verschiedene Arten von Spritzen, teilweise beheizbar, mit unterschiedlichen Düsendurchmessern und auch Nadeln als Druckdüse eingesetzt werden. Zusätzlich steht ein UV-LED-Ring zum Vernetzen direkt nach dem Druck und ein Laserkopf zur Verfügung.

  • Druckvolumen: 200 mm x 200 mm x 200 mm
  • 4 Druckköpfe parallel einsetzbar
  • Druckbett beheizbar
  • Positioniergenauigkeit: 0,05 mm in X- und Y-, sowie 0,02 mm in Z-Richtung
  • Druckköpfe:
    • FDM-Extruder mit maximal 250°C und 400°C Extrudertemperatur
    • Verschiedene Spritzen, teilweise beheizbar bis 150°C, mit verschiedenen Düsen
    • Spritze mit UV-LED-Ring mit 265 nm Wellenlänge
  • Druckmaterialien: ABS, PLA, PVA, lösliche und schmelzbare Kunststoffe, Silikon, Knetmasse, Ton, Biomaterialien, etc.

Der Drucker Ultimaker 2+ des Unternehmens Ultimaker B.V. ist ein Drucker aus dem Bereich der Schmelzschichtung (FDM/FFF). Er kann Kunststoffdrähte mit einem Durchmesser von 3mm Schicht um Schicht mit Düsendurchmessern von 0,25 mm bis 0,8 mm verarbeiten. Die Temperaturen reichen von 180°C bis 260°C.

Technische Spezifikationen:

  • Druckvolumen: 493 mm x 342 mm x 588 mm
  • Filament-Durchmesser 3 mm
  • Düsendurchmesser: 0,25 mm, 0,4 mm, 0,6 mm, 0,8 mm
  • Positionierauflösung: 12,5 µm in XY, 5 µm in Z
  • Beheiztes Druckbett mit Dauerdruckplatte
  • Materialien: ABS, PLA, CPE

Der Kunststoffextruder NEXT 1.0 des Herstellers 3devo eignet sich zur Herstellung von runden Kunststoffdrähten (Englisch filament) mit einem Durchmesser von 0,5 bis 3 mm. Eine Dickenkontrolle und automatische Aufwickelung ermöglichen einen autonomen Betrieb. Durch die vier Heizzonen können Kunststoffe bei präziser Temperaturführung bis zu einer Extrusionstemperatur von bis zu 430 °C extrudiert werden.

Materialien: Thermoplaste (z.B. ABS, PLA, PA12, PEEK)

  • Cura
  • Slic3er
  • Simplify3D
  • Siemens NX
  • Solidthinking Inspire
  • NetFabb
  • Div. Andere freie Slicer
  • Thermoplaste (inkl. Thermoplastische Elastomere)

Stereolithographie

Der Drucker Form2 des Unternehmens Formlabs nutzt die Stereolithografie zur Erstellung dreidimensionaler Objekte. Das Verfahren basiert auf der schichtweisen Photopolymerisation flüssiger Monomere mit einem UV-Laser und erreicht sehr hohe Auflösungen. Als Materialien stehen die Standardmaterialien des Herstellers in transparent und schwarz, sowie flexibles Material zu Verfügung. Ein offener Modus erlaubt die Verwendung von selbst entwickelten Materialien und Gemischen.

Technische Spezifikationen:

  • Bauraumvolumen: 145 mm x 145 mm x 145 mm
  • Laserhalbwertsbreite: 140 µm
  • Schichtdicke: 25-100 µm
  • Material: transparente, schwarze, flexible Photopolymere

- Preform

- Transparentes/ Schwarzes Acrylatharz (GPCL02/GPBK02)
- Flexibles Harz (FLGR02)

Selektives Lasersintern

Der SnowWhite des italienischen Herstellers Sharebot ist ein 3DDrucker, der nach dem Prinzip des selektiven Lasersintern arbeitet. Die dreidimensionalen Objekte werden durch schichtweises Aufschmelzen von Kunststoffpulver durch einen CO2-Laser erzeugt. Verarbeitet werden können alle thermoplastischen Kunststoffpulver, weshalb es auch möglich ist, neue Materialien auf ihre Eignung zu testen. Um die Oberflächenqualität der gedruckten Bauteile zu verbessern, steht zudem eine Sandstrahlkabine zur Verfügung.

  • Bauraumvolumen: 100mm x 100mm x 100mm
  • Auflösung: 100μm entlang X- und Y- Achse ; 50μm entlang z-Achse
  • Laserleistung 14 Watt CO2- Laser
  • Scangeschwindigkeit bis 3.500 mm/s
  • Bauraum beheizbar bis 190°C
  • Slic3r mit Sharebot Konfiguration
  • PA12 Pulver
  • Mengen geeigneter Pulver ab 300 g nutzbar

3D-Scanner

Der 3D Scanner SLS-3 vom Hersteller HP (ehemals DAVID Vision Systems) arbeitet nach dem Strukturiertes-Licht-Verfahren. Dafür besitzt er eine Industriekamera und einen konventionellen Projektor. Der Scanner erzeugt mehrere Scans, die im Programm anschließend zusammengefügt werden. Ein Einzelner Scan hat kann 60mm bis hin zu 500 mm große Objekte erfassen. Die Auflösung beträgt 0.05% des Scans. Die Daten können als OBJ, STL und PLY exportiert werden. Er eignet sich besonders für hochauflösende Aufnahmen von kleinen Objekten inklusive Textur.

Technische Spezifikationen:

  • Auflösung: 0,05% der Messgröße (bis zu 0.05 mm)
  • Scangrößenbereich: 60-500 mm
  • Datenformate: STL, PLY, OBJ

Der Scanify des Unternehmens Fuel3D kombiniert die drei herstellerspezifischen Verfahren Photometric imaging, Geometric imaging und Optical localization. Diese basieren im Wesentlichen auf den Verfahren der Epipolargeometrie, bei dem aus zwei 2D-Bildinformationen die 3D-Information berechnet werden kann. Aus der Kombination der drei Verfahren entsteht ein hoch aufgelöstes Modell. Der Sollabstand liegt bei 400 mm, sodass sich der Scanner gut für die Aufnahme von Gesichtern mit deren Textur eignet.

  • Datenformate: STL, PLY, OBJ

Der Sense2 vom Hersteller 3D Systems ist ein handgeführter 3D Scanner. Das minimale Scanvolumen beträgt 200mmx200mmx200mm und er besitzt eine Genauigkeit von ca 1mm. Er eignet sich besonders gut um Gesichter, Köpfe oder einen kompletten Körper mit deren Textur einzuscannen. 3D-Daten werden direkt in der Software verarbeitet.

Technische Spezifikationen:

  • Auflösung: 1mm (Abstand 500 mm)
  • Minimales Messvolumen: 200 mm x 200 mm x 200 mm
  • Maximales Messvolumen: 1800 mm x 1800 mm x 1800 mm
  • Datenformate: STL, OBJ, PLY, WRL

Der 3D-Scanner vom Hersteller Pmdtechnologies basiert auf der Lichtlaufzeitmessung mittels einer modulierten Infrarotbeleuchtung und eines 2D-Bildsensors. Es können somit vergleichbar mit einer Bildkamera mit hoher Datenrate 3D-Informationen der Bilddatenpunkte ermittelt werden. Er eignet sich zum Erfassen und Messen von größeren Scanvolumina bis zu einem Messabstand von 4m.

Technische Spezifikationen:

  • Auflösung: 224x171 Pixel
  • Genauigkeit: 1% vom Messwert
  • Bildrate: bis 45 Bilder/Sekunde