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Die Idee eines sechsachsigen 3D Druckers

Die beiden Masterstudenten der ZHAW haben einen einen neuartigen 3D Drucker entwickelt, der durch seinen sechsachsigen Aufbau Überhänge ohne Stützstrukturen und ohne Probleme drucken kann. Wir haben bereis vor drei Wochen darüber berichtet, im Interview mit 3Dnatives und den Erfindern Oliver Tolar und Denis Herrmann haben wir erfahren, wie es zu dieser Idee kam und wie sie diese umgesetzt haben.

3D Drucker sechs Achsen

Der 3D Drucker, der während ihrer Bachelorarbeit entstanden ist

Wie sind Sie zum 3D Druck gekommen?

3D Drucker sechs Achsen

Oliver Tolar

Den ersten Kontakt mit einem 3D-Drucker hatten wir noch während unseres Bachelorstudiums in Systemtechnik an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Damals ging es im Rahmen einer Projektarbeit darum, einen gekauften 3D-Drucker in Betrieb zu nehmen und brauchbare Druckergebnisse zu erzielen. Wir sind damit nie glücklich geworden und haben uns entschlossen, in Absprache mit dem betreuenden Dozenten, als Bachelorarbeit einen eigenen 3D-Drucker zu entwickeln, der diverse Materialien wie PLA, ABS und TPE verarbeiten konnte. Der Drucker ist noch heute regelmäßig im Einsatz am Institut für Mechatronische Systeme der ZHAW, wo wir zu 50 % angestellt sind. Unter anderem drucken wir Funktions- und Anschauungsmuster für die Forschung und Entwicklung bei uns am Institut. Wir haben uns auch weitere 3D-Drucker angeschafft und es kommen auch andere Technologien als das FDM-Verfahren zum Einsatz.

Was ist die Idee hinter dem sechsachsigen 3D Drucker?

3D Drucker sechs Achsen

Denis Herrmann

Die Motivation bestand darin, die Gerätetechnik von FDM-Druckern weiterzuentwickeln. Da die Technologie in ihrer bestehenden Form unserer Meinung nach bereits ausgereizt schien, kam die Idee von zusätzlichen Bewegungsachsen ins Spiel. Eine Schwierigkeit beim FDM-Verfahren ist die Limitierung der Formgebung bei zu druckenden Objekten aufgrund des nur begrenzt druckbaren Überhangs. Entweder entwirft man die Geometrien so, dass sie ohne Stützmaterial hergestellt werden können oder man ist auf den Einsatz von Stützstrukturen angewiesen. Letztere hinterlassen aber häufig unschöne Spuren am Druckobjekt. Professionelle Maschinen beherrschen den Umgang mit beispielsweise wasserlöslichem Stützmaterial einwandfrei. Im kostengünstigeren Bereich stellt dies jedoch eine Herausforderung dar und ist häufig mit relativ hohem Aufwand verbunden. Unsere Idee kann solche Stützstrukturen umgehen, indem durch geeignete Orientierung des Druckbetts der Überhang lokal reduziert wird.

In welchen Bereichen könnte diese Technologie eine Anwendung finden?

Momentan wird der Drucker noch nicht produktiv eingesetzt. Vorstellbar wäre der Einsatz im Bereich der Forschung und Entwicklung für Funktionsmuster oder auch im Bereich der Gestaltung und des Designs. Drucker mit schwenkbarem Druckbett oder allgemein mit zusätzlichen Achsen können ebenfalls für den Verbrauchermarkt bestimmt sein, jedoch nicht ohne weitere Entwicklung, speziell in der Generierung der Fahrbefehle. Dies stellt eine grosse Hürde in der Umsetzung der Idee dar. Herkömmliche Slicing-Software kann dafür nur bedingt eingesetzt werden, man benötigt Software zur Fahrdatengenerierung und eine geeignete Kalibrierungsroutine für die gesamte Mechanik.

3D Drucker sechs Achsen

Die Weiterentwicklung der Software soll in Form von Studentenprojekten erfolgen

Welche nächsten Schritte stehen für das Projekt bevor?

Der Drucker entstand als Proof of Concept im Rahmen einer Vertiefungsarbeit in unserem Masterstudium. Die Entwicklung und der Aufbau der Mechanik war die eine Seite, die andere wird die Weiterentwicklung der Software sein. Bisher wurden die Fahrbefehle «halbautomatisch» mit Hilfe eines bestehenden Slicers und eines Postprocessings generiert. Die Weiterentwicklung wird voraussichtlich hauptsächlich in Form von Studentenprojekten bei uns am Institut erfolgen.

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Über raphael

Während meines Studiums an der San Diego State University entdeckte ich meine Leidenschaft für additive Fertigungsverfahren. Nach kleineren, eigenen Projekten fand ich im Februar 2017 meinen Weg zu 3Dnatives. Die Möglichkeiten und Anwendungen des 3D Drucks in sämtlichen Bereichen des Lebens sind faszinierend, und ich freue mich, die neuesten Errungenschaften in Entwicklung und Forschung mit Ihnen zu teilen.