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3D-Druck in Farbe – Wir erklären Ihnen wie es geht!

Auf 14. September 2016 von Alexander H. veröffentlicht

Als in den 30er Jahren der erste Farbfilm in die Kinos kam, waren die Menschen hin und weg von dieser neuen Innovation. Heutzutage werden Kinofilme standardmäßig in Farbe ausgestrahlt, während Schwarz/Weiß-Produktionen allenfalls als Sidekick oder retrostilistische Hommage produziert werden. Ähnlich wie beim Kino oder Fernsehen gab es auch beim 3D-Druck eine Farbrevolution. Anlässlich der vielen Anfragen wie man beim 3D-Druck in Farbe drucken kann – welche Technologien dahinter stecken und welche Farbkonstellationen und Qualitäten existieren – haben wir für Sie eine Übersicht mit allen wissenswerten Informationen im Bereich farblichen 3D-Druck erstellt.

Schmelzschichtung (FDM)

3D-Druck in Farbe

Mehrfahrbiger FDM-Druck.

Besser bekannt als „Fused Deposition Modeling“ (FDM), werden bei dieser Technologie hauchdünne Kunststoff-Filamente Schicht für Schicht extrudiert bis das Objekt letzlich fertig ist. FDM ist die wahrscheinlich beliebteste und am meisten zugänglichste Technologie und wurde 1990 von S. Scott Crump (Gründer von Stratasys) entwickelt.

Ein Nachteil der FDM-Technologie hinsichtlich des Farbdrucks ist die Schwierigkeit, eine erfolgreiche Integration von Farben zu erzielen.3D-Druck in FarbeDie beste Art vollfarbliche FDM-Modelle zu erhalten, ist das Filament während des Druckvorgangs zu tauschen oder einen Drucker mit mehreren Extrudern zu verwenden. Die letzte Option verspricht allerdings nur maximal 4-5 verschiedene Farben. Deshalb sind die meisten gedruckten Beispiele, die Sie sehen werden monochrom (einfarbig).

Ein weiterer negativer Aspekt ist die Qualität des Drucks. Die meisten der verfügbaren Drucker bieten eine minimale Schichtstärke von 0,1mm. Um eine bessere Qualität zu erreichen, ist eine Postdruck-Behandlung notwendig. Nichtsdestotrotz sind FDM 3D-Drucker die billigsten Optionen auf dem Markt und manche Modelle sind schon ab 300€  erhältlich.

Wissenswertes: Vor ein paar Monaten veröffentlichte die kanadische Firma ROVa4D einen Drucker, der gleichzeitig bis zu 5 verschiedene Filamante mischen kann. Die fünf verschiedenen Farbfilamentrollen: Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz und Weiß, werden im Extruder gemischt, sodass jede erdenkliche Farbe erstellt werden kann.

Powder Binding (Pulverdruck)

3D-Druck in Farbe

Mehrfarbiges 1-Achsenmodell hergestellt per Powder Binding-Verfahren.

Powder Bindung, oder auch bekannt als Binder Jetting, ist eine 3D-Drucktechnik, die im Jahr 1993 am MIT entwickelt wurde. Nachdem die Technologie unter der Marke Zcorp kommerzialisiert wurde, erwarb 3D Systems das Unternehmen. Seitdem werden Farbdrucker der Markenserie „Color Jet Printing“ von 3DSystems verkauft.

Diese Technik verwendet einen Tintenstrahldruckkopf, der sich über einem Pulverbett aus Gips bewegt. Das Pulver wird nun selektiv (nach Angaben des Computers) verbunden, wobei das Pulver an diesen Stellen gefärbt wird. In einem zweiten Schritt wird erneut eine dünne Schicht von Pulver über den verarbeiteten Abschnitt verteilt, und der Binderprozess wiederholt sich, wobei sich die Bauplattform jedes mal absenkt. Schicht für Schicht entsteht dadurch das Objekt.

3D-Druck in Farbe

Querschnitt einer Zylinderkonstruktion für schulische Zwecke.

Wie bei einem normalen 2D-Papierdrucker wird auch hier mit CMYK-Farben gearbeitet. Theoretisch sind so Millionen von verschiedenen Farben möglich. Das Verfahren ermöglicht große Objekte mit einer Schichtdicke von 100 Mikron zu drucken. Da der Drucker mit einem Pulverbett arbeitet, werden keine Hilfsträger (Supporter) benötigt, wobei das überschüssige Pulver durch Mischen mit Neupulver wiederverwendet werden kann.

Allerdings gibt es beim Powder Binding einige Nachteile: Ein Reinigungsprozess ist nach jeder Benutzung essentiell, um das überschüssige Pulver zu entfernen. Weiterhin wird eine Flüssigkeit zur weiteren Stärkung der gedruckten Objekts und zur Verbesserung des Farbenkontrast benötigt. Ähnlich wie beim SDL-Verfahren, eignen sich die hergestellten Teile aus diesem Verfahren nur für optische Anwendungen. Somit ist das Bindingverfahren eine gute Wahl für Designer und Architekten für die Erstellung von visuellen Prototypen.

Wissenswertes: Mit dem CJP 4500 hat 3D Systems eine neue Generation von vollfarbfähigen 3D-Druckern veröffentlicht. Er wurde jedoch aufgrund verschiedener Fehlfunktionen und Störungen aus dem Produktsortiment genommen und befindet sich seitdem in der Entwicklung. Der Preis des Systems beträgt stolze $ 70.000. Was den CJP 4500 besonders macht, ist das neue Material. Powder Binding war bisher auf Gips limitiert und wurde nun um einen leistungsfähigen C4 Spectrum-Kunststoff erweitert, der eine noch bessere Auflösung und Qualität ermöglicht. Für die vielen von uns, die sich einen Drucker dieser Klasse nicht leisten können, gibt es eine gute Nachricht: Start-ups wie 3dpandora und Addwii oder Color Pod haben das Ziel die Full-Color-Technologie für den Massenmarkt zugänglich und bezahlbar machen.

Polyjet-Druckverfahren

3D-Druck in Farbe

Erstaunlich detaillierte 3D-Drucke sind mit dem Polyjet-Verfahren möglich.

Polyjetting oder Material Jetting ist 3D-Drucktechnologie, die 1999 von der Firma Objet Ltd. patentiert wurde und im Jahr 2012 mit Stratasys fusionierte. Diese Technik ist diejenige, die am meisten der Tintenstrahltechnik in Ihrem Drucker zu Hause ähnelt.

3D-Druck in Farbe

Teigmixer komplett per 3D-Druck hergestellt.

Technisch gesehen, legt ein PolyJet 3D-Drucker Tröpfchen aus flüssigem Photopolymer aus und
wird sofort durch ein UV-Licht ausgehärtet. Die 3D-Drucker verwenden auch ein Trägermaterial, das die Erstellung komplexer Teile erlaubt und welche anschließend mit Wasser oder Lösung entfernt werden können.

Polyjet 3D-Druck ist kompatibel mit einer breiten Palette von Farben und Materialien (mehr als 120 Kombinationen verfügbar), jede davon mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften, Hitzebeständigkeiten, weichere Elemente usw.

Da das Verfahren auf UV-Licht beruht, um das harzartige Material auszuhärten, sind die mit dieser Technologie erstellten Modelle gegenüber Licht und Wärmeabbau während ihrer Lebensdauer anfällig. Ein weiterer Nachteil dieser Technologie ist der Preis der Maschinen: Drucker mit der Polyjetting-Technologie beginnen bei 100.000 € und kann je nach Modell deutlich höher ausfallen.

Wissenswertes: Vor einigen Monaten startete Stratasys den Verkauf des J750-Drucker, der auf die neueste PolyJet Technologie basiert. Diese neue Maschine kann mehr als 360.000 verschiedenen Farbtöne drucken, entlang mit einer breiten breiten Auswahl von Materialien, welche von starr bis flexible oder trüb bis transparent reichen.

Selective Deposition Lamination (SDL)

3D-Druck in Farbe

Täuschend echte Früchte aus Papier

Eine weitere Technologie, die das 3D-Drucken in Farbe ermöglicht, basiert auf einen Papierschichtungsprozess und heißt Selective Deposition Lamination (oder Laminated Object Manufacturing). Diese Technik stellt das Herz der vom irischen Hersteller Mcor Technologies hergestellten Maschinen dar.

SDL ist eine Hybrid-Methode. Die Besonderheit liegt in der Kombination von additiver und subtraktiver Fertigung innerhalb der gleichen Maschine. Was zunächst paradox klingt, wird anhand der Funktionsweise der 3D-Drucker von Mcor Technologies verständlicher:

1. Der Drucker wird zunächst mit einem Behälter von A4-Blättern geladen.
2. Blatt für Blatt wird Farbtinte aufgesprüht, um Farbe und Kontur des gewünschten Objekts zu erhalten. Ein Bindemittel sorgt dafür, dass die Blätter miteinander verklebt werden.
3. Mit Hilfe eines Schneidemessers werden die Konturen des Objekts Blatt für Blatt geschnitten.
4. Nach dem Druck wird schließlich das überschüssige nicht verwendete Schnittpapier entfernt. Ein Lack wird als letzter Schritt aufgebracht, um das Objekt zu erhärten.

3D-Druck in FarbeNeben der Full-Color-Fähigkeit bietet Mcor Technologie zwei wesentliche Vorteile: Die Verwendung von Tinte und Papier als Druckmaterial reduziert nicht nur die Gesamtkosten der Teile, sondern verringert auch den ökologischen Fußabdruck den der 3D-Druck hinterlässt. Selbst wenn das Papier eine überraschend gute Beständigkeit aufweist, ist die Technik auf optische und nicht-funktionale Teile beschränkt.

Hinsichtlich der Schichtstärke und somit der Qualität, ist die Technik von der Dicke eines Papierblattes abhängig, welche normalerweise 100 Mikron entspricht. Da diese Technologie klassische Tinte verwendet, stehen Millionen von Farben zur Verfügung.

Wissenswertes: Im Januar dieses Jahres stellte Mcor ein neues 3D-Drucker SDL Modell namens Arke vor. Dieser vollständige 3D-Farbdrucker ist günstiger als seine Vorgänger und zu einem Preis von 8.995 € erhältlich. Er kann bis zu einer maximalen Größe von 240 x 205 x 125mm drucken.

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