Additive Fertigung, 3D-Druck oder Rapid Prototyping/Tooling/Manufacturing ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Bauteile additiv, also schichtweise aus verschiedensten Materialien aufgebaut werden. Im Gegensatz zu den klassischen subtraktiven Verfahren wie etwa Fräsen, Drehen und Bohren sind beim 3D-Druck der Geometrie quasi keine Grenzen gesetzt. Zudem lassen sich mit der additiven Fertigung gleiche Bauteile mit hoher Varianz, Leichtbauteile und Topologie-Optimierungen schnell und kostengünstig realisieren.

Auch in der Industrie findet das Thema „additive Fertigung“ immer mehr Anklang und ist längst kein reines Forschungsthema mehr.

Die additive Fertigung im metallischen Bereich wird im Kompetenzzentrum des addlab@tugraz behandelt. Dort sind mehrere SLM-Maschinen, mit Pre- und Post-Processing Stationen im Einsatz. 

Im Bereich der Polymer-Technik wurde am IFT der Workplace for Rapid Production, kurz „WRaP“, errichtet und bietet Raum für die Fertigung additiver Bauteile aus Kunststoff, Keramik und Carbon.

Dafür stehen drei hoch-moderne 3D-Drucker-Technologien zur Verfügung

Der UM S5 Bundle besitzt einen Dual-Extruder, einen Air-Filter Manager und eine Material Station. Diese hat den Vorteil, dass neben der Lagerung und dem automatischen Einzug in den Feeder die Luftfeuchtigkeit für die Filamente reguliert wird, was eine längere Haltbarkeit des Materials garantiert. Der Air Manager sorgt als Wärmeabschirmung und filtert die Luft des Druckraumes mit einem EPA-Feinpartikelfilter.

Bei der Stereolithografie werden mit lichtaushärtendem Harz (Resin) dreidimensionale Bauteile nach dem Top-Down Prinzip erstellt. In der Light-Processing-Unit wird ein Laserstrahl, mit der Wellenlänge von UV-Strahlen, über einen Parabolspiegel gelenkt. Somit wird das Resin Schicht für Schicht ausgehärtet (Polymerisation) und die Bauplattform um jeweils eine Schichtdicke in z-Richtung angehoben.

Die größten Vorteile eines SLA-Drucks sind hohe Formstabilitäten bei zugleich hoher Oberflächenqualitäten. Weiters ist die Druck-geschwindigkeit, im Vergleich zum FDM-Druckverfahren um einiges höher. Allerdings kann es bei konzentrischen Geometrien leicht zum Verzug kommen. Standardharze können ihre Elastizität nach dem Aushärten verlieren, was zu einer geringen Bruchdehnung des Bauteils führt.

Formlabs Form3

Der professionelle Desktop-Drucker Form 3 von Formlabs arbeitet mit dem neuen Low-Force-Stereolitographie Ver-fahren (LFS). Dabei passt sich der biegsame Tankboden der Bauteilgeometrie an und mindert damit die erzeugten Kräfte während des Druckens, wodurch eine bessere Oberflächenqualität bei zugleich wenigeren Stützstrukturen entsteht.

Für das Postprocessing stehen im WRaP@IFT der Form Wash und der Form Cure zur Verfügung. Im Form Wash werden die gedruckten Teile mit einem speziellen Alkohol (TPM) vom restlichen Harz befreit. Anschließend können die Stütz-strukturen entfernt und die endgültige Aushärtung im Form Cure gestartet werden. Dabei rotiert das Bauteil bis zu zwei Stunden unter einem UV-Licht bei Temperaturen bis zu 80°C.