Da jedes 3D-Druckverfahren spezifische Vor- und Nachteile besitzt, stehen zusätzlich die Verfahren der Stereolithographie und des Inkjetdrucks zur Verfügung. Beide Erlauben die Herstellung von hochwertigen Oberflächen und es ist jeweils eine spezifische Nachbearbeitung notwendig. Die Materialauswahl ist hierbei jedoch stärker eingeschränkt als bei der Fused Filament Fabrication.
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 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.
Fused Filament Fabrication (FFF)
Das E3D ToolChanger & Motion System ist ein Multi-Material FFF Drucker, der sich durch ein Werkzeugwechselsystem auszeichnet. Dadurch können bis zu 4 verschiedene Druckköpfe, beispielsweise für vier verschiedene Materialien, verwendet werden. Gleichzeitig bietet dieser 3D-Drucker als modulare Forschungsplattform die Möglichkeit, eigene Werkzeuge zu integrieren.
- Bauvolumen 200mm x 300mm x 300mm
- 4x E3D Hemera-Extruder mit E3D v6-Hotends
Der Ultimaker S5 des Unternehmens Ultimaker B.V. ist ein 3D-Drucker auf Basis der Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF auch unter dem Markennamen Fused Deposition Modeling, FDM, bekannt). Er kann Kunststoffdrähte mit zwei Druckköpfen Schicht um Schicht verarbeiten.
Technische Spezifikationen:
- Druckvolumen: 330 mm x 240 mm x 300 mm
- Filament-Durchmesser: 2,85 mm
- Düsendurchmesser: 0,25, 0,4 und 0,8 mm
- Druckkopftemperatur bis zu 280°C
- Druckbett mit Dauerdruckplatte, beheizbar bis 140°C
- Geschlossenes Gehäuse
- Materialien ABS, PLA, CPE, PETG, Nylon, PVA, u.A.
Der i3 MK3S des Unternehmens Prusa ist ein 3D-Drucker auf Basis der Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF auch unter dem Markennamen Fused Deposition Modeling, FDM, bekannt). Er kann Kunststoffdrähte mit einem Druckkopf Schicht um Schicht verarbeiten.
Technische Spezifikationen:
- Druckvolumen: 250 mm x 210 mm x 210 mm
- Filament-Durchmesser: 1,75 mm
- Druckkopf: E3D V6
- Düsendurchmesser: typisch 0,4 mm, andere möglich
- Druckkopftemperatur bis zu 300°C
- Druckbett mit Dauerdruckplatte, beheizbar bis 120°C
- Materialien: ABS, PLA, CPE, PETG, u.A.
Der Modix Big Meter ist ein 3D-Drucker auf Basis der Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF auch unter dem Markennamen Fused Deposition Modeling, FDM, bekannt) mit einem sehr großen Bauraum von 1 m³. Er besitzt zwei Druckköpfe mit E3D SuperVolcano Hotends, ein geschlossenes Gehäuse, hochwertige Führungen, Sensoren zur Erkennung des Filamentendes und eine automatische Bettnivelierung.
- Druckvolumen: 1010 mm x 1010 mm x 1010 mm
- Filament-Durchmesser: 1,75 mm
- 2 Druckköpfe: E3D SuperVolcano
- Durchmesser der Düse: 1,0 mm bis 1,4 mm
- Druckbett beheizbar bis 120°C
- Geschlossenes Gehäuse
- Druckmaterialien: ABS, PLA, PETG, 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 365 nm Wellenlänge
- Druckmaterialien: ABS, PLA, PVA, lösliche und schmelzbare Kunststoffe, Silikon, Knetmasse, Ton, Biomaterialien, etc.
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)
Der Mosaic Palette ermöglicht es, mit nur einer Düse bzw. einem Extruder am 3D-Drucker bis zu vier verschiedene Filamente mit unterschiedlichen Materialien, Farbe oder Härten zu verarbeiten. Dazu werden die einzelnen Filamente automatisch und softwaregesteuert zugeschnitten, zu einem einzelnen Filament verschweißt und dem 3D-Drucker zugeführt.
Die Mosaic Palette 3 ist ein Gerät, das zusammen mit 3D-Druckern genutzt werden kann und es ermöglicht, mehrere Filamente gleichzeitig zu verwenden. Durch die Verwendung der Palette 3 können 3D-Drucker Objekte mit mehreren Farben oder Materialien erstellen. Dabei ist es möglich bis zu 8 verschiedene Materialien in einem Bauteil zu verwenden
Der X1 Carbon des Herstellers Bambulab gehört zur neusten Generation von 3D-Druckern, welche nach dem Schmelzschicht-Verfahren (Fused Filament Fabrication – FFF) arbeiten. Er zeichnet sich durch viel verbaute Sensorik aus, welche es ermöglichen ihn aus der Ferne zu steuern und zu monitoren. So können beispielsweise die Bauteile durch einen verbauten Lidar-Scanner während des Drucks erfasst und automatisch auf Baufehler untersucht werden. Darüber hinaus zeichnet sich er 3D-Drucker durch eine sehr hohe Baugeschwindigkeit und ein automatisiertes Materialwechselsystem aus, was die Verarbeitung von bis zu 16 Materialien bzw. Farben im selben Druckauftrag zulässt.
Technische Spezifikationen:
- Druckvolumen: 256 mm x 256 mm x 256 mm
- Filament-Durchmesser: 1,75 mm
- Düsendurchmesser: 0,4 mm
- Druckkopftemperatur bis zu 300°C
- Druckbett mit Dauerdruckplatte, beheizbar bis 110°C
- Geschlossenes Gehäuse
- Maximale Baugeschwindigkeit: 500 mm/s
- Automatisiertes Materialwechselsystem (aktuell 4 Materialien)
- Materialien: ABS, PLA, PETG, PC, PA6, PVA, u.A.
Stereolithographie (SLA, mSLA, DLP)
Der Drucker Form 3L des Unternehmens Formlabs nutzt die Stereolithografie, genauer die Low Force Stereolithography (LFS) zur Erstellung dreidimensionaler Objekte. Das Verfahren basiert auf der schichtweisen Photopolymerisation flüssiger Monomere mit einem UV-Laser und erreicht sehr hohe Auflösungen.
Technische Spezifikationen:
- Bauraumvolumen: 335 × 200 × 300 mm
- Laserspot: 85µm
- Schichtdicke: 25-300 µm
- XY-Auflösung: 25 µm
Der Stereolithografie 3D Drucker SL1S Speed des Herstellers Prusa Research gehört zur neusten Generation von „Masked Stereolithography“ (MSLA) Desktopgeräten. Durch hohe Lichtintensität des verwendeten UV-LED Arrays und ein monochromes Maskierungs-LCD können Bauschichten innerhalb weniger Sekunden (1,3 – 2,4 s) belichtet werden. Zudem verfügt das Gerät über ein modernes Schichtseparationssystem, bei welchem die FEP Folie des VAT Bodens während des Drucks durch ein Kippen abgeschält und nicht wie sonst senkrecht abgezogen wird. Hierdurch lassen sich Baugeschwindigkeiten von bis zu 50 mm Bauteilhöhe pro Stunde auch für filigrane Bauteile realisieren.
- Bauvolumen: 127 x 80 x 150 mm
- Pixelauflösung (x-y-Auflösung): 50 µm
- Schichtdicke: 10 – 100 µm
- Material: Photopolymere
- UV-LED-Wellenlänge: 405 nm
Der 3D-Drucker Inkspire des Herstellers Zortrax gehört zur Kategorie der „Masked Stereolithography“ (MSLA) Drucker. Während dieses Verfahren grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist wie bei herkömmliche Stereolithografiemaschinen, wird hier zur Belichtung der einzelnen Schichten ein UV-LED-Array als Lichtquelle zusammen mit einer LCD-Fotomaske verwendet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer deutlich verkürzten Schichtzeit, da die gesamte Schicht zeitgleich belichtet wird, sowie eines einfacheren Aufbaus der Maschine bei Auflösungen welche nur wenig geringer als im Laser-Stereolithografieprozess sind.
- Bauraumvolumen: 132 mm x 74 mm x 175 mm
- Pixelauflösung (x-y-Auflösung): 50 µm
- Schichtdicke: 25-100 µm
- Material: Photopolymere
- UV-LED-Wellenlänge: 405 nm
Der Dual-Material-DLP-Drucker ist eine Eigenentwicklung in Kooperation mit dem Arbeitskreis Smart Membranes von Frau Prof. Andrieu-Brunsen. Er basiert auf dem DLP-Verfahren, lenkt also mit Mikrospiegeln das Licht einer LED in die Projektionsfläche. Das Licht fällt dann durch ein Schutzglas und durch eine fluorierte Folie am Boden einer selbst entworfenen Wanne (Vat) ins Harz. Dabei werden alle zu belichtenden Punkte in einer Bauteilebene gleichzeitig belichtet.
Es können Bauteile aus einem Material wie in handelsüblichen DLP-Druckern aufgebaut werden. Aber es können auch Bauteile aus zwei Materialien aus zwei nebeneinanderliegenden Vats aufgebaut werden. Dabei erfolgt auf Wunsch beim Materialwechsel eine Reinigung in Lösemitteln (unterstützt durch Magnetrührer) und anschließendes Trockenblasen des bisher gedruckten Bauteils. Dazu wurde eine Pre-Processing-Software in Python entwickelt, in der alle relevanten Druckparameter eingestellt werden können.
- Projektionsfläche: 32,4 x 57,6 mm²
- Bauteilhöhe: max. 50 mm bei der Verwendung von zwei Materialien, ansonsten 100 mm
- Pixelauflösung (x-y-Auflösung): 30 µm
- Schichtdicke: 20-100 µm
- Belichtungsleistung einstellbar von 10 bis 90 mW/cm², durch Graustufen weiter reduzierbar
- UV-LED-Wellenlänge: 385 nm (wechselbar zu 365 oder 405 nm)
Der MAX X27 von Asiga beruht auf der Digital Light Processing (DLP) Technologie. Jede zu druckende Schicht wird gleichzeitig belichtet, wobei einzeln steuerbare Mikrospiegel dafür verantwortlich sind, welche Pixel in der jeweiligen Schicht belichtet werden. Der Drucker wurde von uns mit einer neuen, sehr glatten, Bauplattform ausgestattet, die es in Kombination mit dem richtigen Harz ermöglicht transparent zu drucken. Dadurch findet er unter anderem Anwendung in der Mikrofluidik sowie in der Zellkultur.
- Pixelauflösung (xy): 27 µm
- Bauraum: 51,8 x 29,2 x 75 mm
- Schichtdicke: 10 – 100 µm
- Material: Photopolymere
- UV-LED-Wellenlänge: 385 nm
Der Hyper 50 von MiiCraft beruht auf der Digital Light Processing (DLP) Technologie. Jede zu druckende Schicht wird gleichzeitig belichtet, wobei einzeln steuerbare Mikrospiegel dafür verantwortlich sind, welche Pixel in der jeweiligen Schicht belichtet werden.
- Pixelauflösung (xy): 30 µm
- Bauraum: 57 x 32 x 120 mm
- Schichtdicke: 5 – 500 µm
- Material: Photopolymere
- UV-LED-Wellenlänge: 385 nm
Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP)
Der Photonic GT2 Professional von Nanoscribe ist ein hochmoderner Zwei-Photonen-Drucker, der Objekte mit einer Auflösung von unter 1 µm in sehr kurzer Zeit drucken kann. Durch die Zwei-Photonen-Polymerisation können äußerst filigrane Objekte für z.B. Anwendungen in der Mikrofluidik und Nanooptik, aber auch für fortgeschrittene Zellkultur oder künstliche Blutgefäße hergestellt werden. Dabei werden in einem Harzvolumen Voxel im Arbeitsbereich eines Objektivs, durch welches Pulse eines Femtosekundenlasers geleitet werden, ausgehärtet. Mittels eines Positioniertischs können Objekte, welche größer als der Arbeitsbereich des Objektivs sind, hergestellt werden. Auf diesem Wege lassen sich auch mehrere Millimeter große Strukturen mit einer Auflösung im Nanometerbereich herstellen.
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
Das 3D-Profilometer VR-5200 des Herstellers Keyence kann Oberflächen, Form und Kontur von Bauteilen innerhalb kürzester Zeit mittels Streifenprojektion, genauer dem Lichtschnittverfahren, aufnehmen. Somit können Oberflächen charakterisiert werden (z.B. Rauheiten nach DIN EN ISO 25178 und DIN EN ISO 4287), Messungen an 3D-Oberflächen durchgeführt und hochpräzise 3D-Modelle zurückgeführt werden.
- Messbereich max. 206 mm × 104 mm
- Höhen-Auflösung: 0,1 µm
- Messgenauigkeit in Z: ±2,5 μm
- Messgenauigkeit in XY: ±2 μm
