3D-Druck ist ein Fertigungsverfahren, bei dem aus einem digitalen dreidimensionalen Modell ein reales Objekt entsteht. Das Besondere daran: Das Bauteil wird nicht aus einem vorhandenen Materialblock herausgeschnitten oder gefräst, sondern Schicht für Schicht aufgebaut.
Dieses Grundprinzip wird als additive Fertigung bezeichnet.
Was zunächst technisch klingt, lässt sich einfach erklären: Am Computer existiert zuerst ein digitales Modell des gewünschten Objekts. Dieses Modell enthält die geometrischen Informationen darüber, wie das spätere Bauteil aussehen soll. Für die Herstellung wird die digitale Form anschließend in viele dünne Schichten zerlegt. Der 3D-Drucker erzeugt diese Schichten nacheinander und verbindet sie zu einem dreidimensionalen Objekt.
Was versteht man unter 3D-Druck?
Der Begriff 3D-Druck beschreibt die Herstellung dreidimensionaler Gegenstände auf Grundlage digitaler Daten.
Im Gegensatz zu einem normalen Drucker, der beispielsweise Farbe auf Papier aufträgt und dadurch ein zweidimensionales Bild erzeugt, baut ein 3D-Drucksystem ein Objekt auch in der Höhe auf. Durch viele aufeinanderfolgende Materialschichten entsteht nach und nach die vollständige dreidimensionale Form.
Das National Institute of Standards and Technology (NIST) beschreibt additive Fertigung als ein Verfahren, bei dem dreidimensionale Produkte auf Grundlage digitaler Entwürfe Schicht für Schicht aufgebaut werden.
Warum spricht man von additiver Fertigung?
Der Begriff additiv bedeutet vereinfacht „hinzufügen“.
Beim 3D-Druck wird Material so lange gezielt hinzugefügt und aufgebaut, bis die gewünschte Form entstanden ist.
Damit unterscheidet sich das Verfahren grundsätzlich von der sogenannten subtraktiven Fertigung. Bei einem subtraktiven Verfahren wird von einem vorhandenen Werkstück Material entfernt. Beim Fräsen wird beispielsweise ein größerer Materialblock bearbeitet, bis nur noch die gewünschte Geometrie übrig bleibt.
SubtraktivMaterial wird entfernt.
AdditivMaterial wird hinzugefügt.
Diese grundlegende Unterscheidung erklärt bereits einen großen Teil dessen, was 3D-Druck technisch ausmacht.
Vom digitalen Modell zum realen Objekt
Der Ausgangspunkt des 3D-Drucks ist eine digitale Beschreibung des späteren Bauteils.
Das Objekt wird zunächst dreidimensional am Computer dargestellt. Anschließend werden die Daten für den Fertigungsprozess vorbereitet. Dabei wird das Modell gedanklich in zahlreiche sehr dünne horizontale Ebenen aufgeteilt.
Der Drucker arbeitet diese Ebenen nacheinander ab:
Zuerst entsteht die unterste Schicht. Darauf folgt die nächste. Anschließend die nächste – so lange, bis alle Schichten zusammen die vollständige Form ergeben.
Gerade diese Verbindung zwischen digitalen 3D-Daten und einem realen physischen Bauteil ist eines der grundlegenden Merkmale der additiven Fertigung.
NIST beschreibt den Prozess entsprechend als Herstellung von Bauteilen direkt aus dreidimensionalen CAD-Daten durch einen schichtweisen Aufbau.
Warum ist der Schichtaufbau so wichtig?
Der schichtweise Aufbau ist nicht nur eine technische Besonderheit, sondern das zentrale Prinzip des 3D-Drucks.
Ein digitales Modell kann zunächst eine beliebig komplex wirkende dreidimensionale Form besitzen. Für die Fertigung wird diese Form jedoch in viele kleine, aufeinanderfolgende Querschnitte unterteilt.
Der Drucker muss deshalb nicht das gesamte Objekt auf einmal erzeugen. Er fertigt immer nur eine einzelne Ebene und baut darauf die nächste auf.
Man kann sich das vereinfacht wie einen Stapel aus sehr dünnen Scheiben vorstellen: Jede einzelne Scheibe bildet nur einen kleinen Teil der Form ab. Erst zusammen ergeben alle Schichten das vollständige dreidimensionale Objekt.
3D-Druck und additive Fertigung – ist das dasselbe?
Im allgemeinen Sprachgebrauch werden die Begriffe 3D-Druck und additive Fertigung häufig synonym verwendet.
Der Begriff „additive Fertigung“ ist dabei die technisch umfassendere Bezeichnung für Verfahren, bei denen Bauteile durch das Hinzufügen von Material aufgebaut werden. „3D-Druck“ ist dagegen der Begriff, der sich im allgemeinen Sprachgebrauch besonders stark durchgesetzt hat.
Gemeinsam ist beiden Begriffen das zentrale Prinzip:
Ein reales dreidimensionales Objekt entsteht auf Grundlage digitaler Daten durch einen schrittweisen Materialaufbau.
Einfach zusammengefasst
3D-Druck bezeichnet die Herstellung dreidimensionaler Gegenstände auf Grundlage eines digitalen Modells.
Statt Material von einem vorhandenen Werkstück zu entfernen, wird das benötigte Material gezielt Schicht für Schicht hinzugefügt. Deshalb gehört der 3D-Druck zur additiven Fertigung.
Der grundlegende Ablauf lautet:
Damit verbindet der 3D-Druck die digitale Konstruktion unmittelbar mit der physischen Fertigung.