Geeignete Fertigungsverfahren für den Multicolor 3D Druck.

Welche additiven Fertigungsverfahren sich für den Multicolor 3D Druck eignen, war eine der ersten Fragen, die bei meinen anfänglichen Überlegungen aufkamen. Also habe ich mir die einzelnen 3D Druckverfahren genauer angeschaut. Spannend und interessant sind die Verfahren alle, Bunte Bauteile lassen sich nicht mit jedem herstellen. Schauen wir uns an, welche Prozesse Farbdrucke erlauben und wie deren Funktionsweise ist.

Mit Papierschnipseln zum bunten Bauteil

Wer schon mal eine Collage erstellt hat, dem ist sicher eines aufgefallen. Beim Aufkleben mehrerer Papierlagen übereinander entsteht ein dreidimensionales Gebilde. Wer das Papier an der richtigen Stelle ausschneidet und anschließend zusammenklebt, erhält früher oder später fotorealistische 3D Modelle. Die Eigenschaft Papier oder Folien zu schneiden und anschließend zu verkleben, macht sich ein Verfahren mit dem Namen Laminated Object Manufracturing zunutze.
Für den Aufbau von 3D Modellen mit dem LOM Verfahren legt die Maschine als Erstes ein Blatt in das Druckbett. Anschließend schneidet ein Laser, eine Klinge oder ein Heizdraht die Kontur aus. Im Anschluss senkt sich das Bett des 3D Druckers, um die Stärke des Blattes und der Drucker legt ein neues Blatt in das Druckbett. Damit eine feste Verbindung zwischen den Blättern entsteht, werden diese entweder mit einem Kleber verklebt oder durch Erwärmung verschweißt. Nach dem Verbinden der Blätter schneidet die Schneideeinheit wieder ein Stück der Werkstückkontur aus dem Blatt heraus.  Die Blätter bestehen aus Papier oder aus thermoplastischen Kunststoff. Da es diese Materialien in mehreren Farben gibt oder ein Einfärben während des Druckens möglich ist, eignet sich das Laminated Object Manufacturing gut für den farbigen 3D Druck. Ein Hersteller von LOM 3D Druckern ist Mcortechnologies.

Buntes Pulver braucht das Land.

Besonders im Bereich der Metall 3D Drucke ist das selektive Lasersintern oder das selektive Laserschmelzen führend. Die Farbgebung gestaltet sich bei Metallen schwierig, ohne diesem weiteren Fertigungsprozessen auszusetzen. Das Verfahren kann auch für andere Werkstoffe eingesetzt werden, wie Keramik und Kunststoff. Da beim Laserschmelzen der Werkstoff als Pulver auf die Oberfläche aufgetragen wird, lässt sich die Farbe nicht direkt über das Material steuern. Da sich das Pulver miteinander vermischen wird und sich eine klare Abgrenzung der Farben schwer kontrollieren lässt. Das gute an Kunststoffen ist, die Möglichkeit sie einzufärben. Geschieht dieses vor dem Verschmelzen, kann ein farbiges Modell entstehen. Leider habe ich keinen Hersteller gefunden, der dieses 3D Druckverfahren als multicolor Lösung anbietet. Was wohl an der komplexen und teuren Technologie liegt. Wer einen Hersteller mit solchen super 3D Druckern kennt, darf dieses gerne in meinen Kommentaren vorstellen.

Ein weiteres generatives Fertigungsverfahren, welches sich aus meiner Sicht für das Multicolor 3D Drucken geeignet ist, heißt Binder Jetting. Genau wie beim Laserschmelzen trägt der Drucker eine dünne Pulverschicht auf ein Druckbett auf. Anders als beim Laserschmelzen kommt kein Laser zum Verbinden der Körner zum Einsatz. Ein Bindemittel sorgt für die Verbindung der einzelnen Pulverkörner. Trägt man das Bindemittel in verschiedenen Farben auf, lassen sich mit dem Binder Jetting farbige 3D Drucke erstellen. Auch für dieses Verfahren suche ich noch einen Hersteller.

Mit Wachs und Licht wird es Dreidimensional

Ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker funktionieren die Multijet- oder Polyjet 3D-Drucker. Der Unterschied liegt in der „Tinte“. Diese ist keine normale Farbe, sondern ein flüssiges polymer Harz. Eine Düse spritzt dieses in kleinen Tropfen auf das Druckbrett. Anschließend lässt man die Harztropfen unter einer UV-Lampe aushärten. Hat man einen Druckkopf mit mehreren Düsen, können verschiedene Farben gemischt werden. Daher ist es möglich Multicolor 3D Drucke mit dem Photopolymer Jetting Verfahren herzustellen. Die wohl bekannteste Firma im 3D Druck hat Maschinen dieses Typs im Programm, Stratasys.

Dieses Verfahren hängt am siedenden Faden.

Das bekannteste 3D Druckverfahren ist das Fused Deposition Molding. 3D Drucker die dieses Verfahren nutzen, erwärmen einen Kunststoffdraht in einer Düse auf Schmelztemperatur. Durch das Nachfördern des noch festen Kunststoffdrahtes wird das geschmolzene Material durch die Düse gedrückt. Verändert man die Position der Düse auf dem Druckbett über eine Mechanik, sodass sich der geschmolzene Kunststofffaden neben- und aufeinanderlegt, erhält man ein dreidimensionales Model. Der Grund ist, das Verschmelzen der Fäden an den Kontaktstellen. Ein gedrucktes Bauteil hat die Farbe des Kunststoffdrahtes. Ändert sich die Farbe des Kunststoffdrahtes, wird das Bauteil diese Farbe erhalten. Es sollte möglich sein, mit diesem Verfahren bunte Bauteile zu fertigen.

Wow. Jetzt haben wir schon mal einen groben Überblick über die Druckarten und deren Funktionsweise. Schauen wir uns die Abläufe der einzelnen Multicolor 3D Druck Verfahren im Detail an. Beginnen wir mit dem FDM Verfahren.

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