Mit welchem Material 3D-Drucker auch arbeiten, das Prinzip ist das gleiche. Ein 3D-Modell wird in einzelnen Schichten aufgeteilt und diese dann schichtweise im Drucker hergestellt. Wie dick die Schichten sind, hängt vom jeweils verwendeten Material und der entsprechenden Drucktechnik ab. Moderne Druckverfahren können Schichten herstellen, die nur einen Bruchteil so dick sind wie ein Blatt Papier.

Anders als etwa beim Fräsen oder Laser-Cutten werden beim 3D-Druck nicht Materialien entfernt, sondern hinzugefügt. Neben einem effizienten Materialeinsatz ermöglicht das komplexe Geometrien, wie Hinterschnitte, die sich durch herkömmliche Fertigungstechniken nicht realisieren lassen. Das erlaubt die Herstellung von neuartigen Werkstücken oder eröffnet die Möglichkeit, bestehende Bauteile gewichtsoptimiert oder kompakter fertigen zu können.

Pulverisiert, geschmolzen oder flüssig?

Die Unterschiede der einzelnen Drucktechniken finden sich vor allem im Ausgangsmaterial und dessen Stabilisierung. Die Stereolithografie etwa arbeitet mit einem flüssigen Fotopolymer, das nach einer gewissen Belichtungszeit erstarrt. Dazu werden einzelnen Schichten eines Objekts sukzessive auf die Oberfläche eines polymerbefüllten Beckens projiziert, so ausgehärtet und miteinander verbunden.

Populärstes Druckverfahren ist die Schmelzschichtung. Dabei wird mit geschmolzenen Kunststoffen wie ABS oder PLA gedruckt. Vorstellen kann man sich das etwa wie eine Mischung aus Tintenstrahldrucker und Heißklebepistole, nur dass immer wieder auf das gleich Blatt Papier gedruckt wird und so eine dreidimensioniale Struktur entsteht. Das zugrundeliegende Extrusionsprinzip erlaubt die Verwendung von Lebensmitteln, Beton oder Gips in speziellen Druckern.

Der Druck mit Pulvern ist als besonders fortgeschrittenes Druckverfahren vor allem für industrielle Anwendungen relevant. Größter Vorteil ist die große Flexibilität bei der Materialwahl – Kunststoffe, Keramik und Metalle – und der Umstand, dass das Pulver schichtweise aufgetragen wird. Dieses dient so gleichzeitig als Stützstruktur und macht Hilfskonstruktionen unnötig.

Dazu wird in einem Pulverbett ein 2D-Bild fixiert. Dies geschieht entweder mittels Klebstoffen oder per Elektronenstrahl bzw. Laser, der das Pulver schmilzt oder sintert. Danach wird eine frische Schicht Pulver aufgetragen und der Vorgang so oft wiederholt, bis man das fertige Objekt erhält.

3D-Druck in Serie?

Einen Sonderfall stellt der 3D-Siebdruck dar. Dabei wird das Material in Pulver oder Pastenform durch eine feste Druckmaske gepresst. Im Normalfall werden mehrere Siebe für ein Bauteil benötigt, um komplexe Strukturen wiedergeben zu können. Das Verfahren ist so weniger flexibel als andere 3D-Druckverfahren. Es eignet sich nur eingeschränkt für Rapid-Prototyping, Kleinserien oder Einzelstücke, punktet aber mit der Möglichkeit, komplexe Bauteile in großen Stückzahlen fertigen zu können.

Da 3D-Druck in ein dynamisches Forschungsfeld eingebettet ist, ist die Zahl der Fertigungsmöglichkeiten stetig im Steigen begriffen. Hindernisse beim 3D-Druck sind oftmals nicht technischer Natur, sondern das häufig nicht vorhandene Wissen über auch für KMUs vorteilhafte Anwendungsszenarien.