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Auf den Spuren der 3D-Druck-Materialien – Teil 4: Keramik und organische Materialien

Auf 13. Juli 2016 von Alexander H. veröffentlicht
Keramik

Dies ist Teil vier unseres Lehrgangs zu den 3D-Druckmaterialien: wir erklären Ihnen heute den 3D-Druck mit Keramik, Sand, organischen Materialien, Marmor, Stein oder aber Holz…

Keramik

Mehr und mehr kommt Keramik für den 3D-Druck zum Einsatz. Es findet bereits gängige Anwendung in der Medizin, für sanitäre Bauteile oder in der Industrie und ist das Referenzmaterial für Geschirr und Küchenzubehör.

Objekte aus Keramik können durch die Technik des selektiven Lasersinterns (SLS) gedruckt werden auf Basis eines zuvor komprimierten Trockenpuders, oder durch Aushärtung des flüssigen Materials. Letzteres erfordert ein dem FDM ähnliches Druckverfahren, mit einem speziell angepassten Druckkopf.

Hier ein Video, dass den 3D-Druck einer Porzellanvase zeigt (Quelle: Unfold)

Der Hersteller EOS bietet mehrere Materialien zur Herstellung von Gussformen an: Das Ceramics 5.2, ein sehr temperaturresistenter Aluminium- und Silikat-Sand, die Quartze 4.2 und 5.7, sowie Quarzsande mit einer Phenolharzbeschichtung, die den Druck komplexer Formen ermöglichen.

Sand

Sand wird hauptsächlich zur Herstellung von Gussformen verwendet, kann aber in Kombination mit anderen Werkstoffen auch in der Architektur sehr nützlich sein, wie wir weiter unten erfahren werden. Das Unternehmen ExOne hat 1999 zum ersten Mal mit Sand gedruckt. Es bietet heute den größten Sanddrucker des Marktes, den S-Max an, der Teile mit einer Größe von bis zu 1800 x 1000 x 700mm drucken kann.

Hier ein Video, indem die Funktionsweise dieses Druckers deutlich wird:

Eine andere Maschine wurde von einer Forschergruppe des Institutes IAAC (Advanced Architecture of Catalonia) im Rahmen des Projektes Stone Spray entwickelt. Diese wird durch Solarenergie betrieben und druckt mit Sand von Stränden, der mit einem Bindemittel gemischt wird.

Hier sehen Sie Bilder von Objekten dieser Maschine:

Sand Wall: 500 mm x 150 mm x 400 mm. Cet expérimente montre que l'impression en sable peut être utilisée à échelle architecturale.

Sandwand: 500 mm x 150 mm x 400 mm.
Dieses Experiment zeigt, dass der Sanddruck auch in architektonischen Maßstäben möglich ist.

Beton

Das dem 3D-Druck mit Keramik zugrunde liegende Prinzip, kann ebenfalls für den Druck von Beton sowie allen weiteren derart feuchten Verbundmaterialien verwendet werden. Das MIT Media Lab hat eine großformatige 3D-Druck-Maschine für Bauteile aus Polyurethanen entwickelt, in die Beton gegossen wird. Dies dient der Herstellung von Gebäudewänden, Fenstern, Türen, etc….

Eine weitere Drucktechnologie wurde in Italien von Enrico Dini, Gründer von D-Shape, entwickelt und erlaubt den 3D-Druck ganzer Gebäude aus künstlichem Beton. Dieses Verfahren ist an die Stereolithografie-Technologie (SLA) angelehnt, mit dem Unterschied, dass dieses Mal Sand als Material verwendet wird und die UV-Strahlung durch ein anorganisches Bindemittel ersetzt wird, das dem Endobjekt Marmoreigenschaften verleiht. Bisherige architektonische Gestaltungs- und Konstruktionsweisen könnten dadurch umgeworfen werden !

Marmor

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Details eines 3D-Druckers, entworfen von MarbleEcoDesign

Auch Marmor steht auf der Liste der zum 3D-Druck verwendbaren Materialien. Hauptsächlich ist dies den Entwicklungen des Unternehmens MarbleEcoDesign zu verdanken.

Dieses Gestein wird aus Kalkstein gewonnen, und bereits seit der Antike für Skulpturen, zum Bau und für Dekorationen verwendet. Marmor ist ein extrem hartes und zähes Material. Es ist sehr schwer zu bearbeiten und bei seiner Gewinnung, Bearbeitung und Politur kommt es zu einem hohen Verlust wichtiger und teurer Materialien. Die Ingenieure von MarbleEcoDesign haben jedoch einen Weg gefunden, die Marmorreste zu sammeln und zu einem photoreaktiven Polymer zusammenzusetzen, welches zum 3D-Druck verwendet werden kann.

Holz und Stein

Entwickelt für 3D-Drucker, die auf dem Verfahren der Schmelzschichtung (FDM) arbeiten, liegen diese Materialien in Form von Filamenten vor. Das Holzfilament (LayWood) setzt sich aus recyceltem Holz und einem anorganischen Bindemittel auf Polymerbasis zusammen. Steinfilamente (LayBrick) bestehen aus einer Basis von Mineralien, die Kreidepuder ähneln. Am meisten beeindrucken diese Materialien aber durch ihr Aussehen (verschiedene Effekte) und ihren Holzgeruch bzw. ist es im Fall des LayBrick möglich, sowohl glatte als auch raue Oberflächen zu erhalten, je nach Drucktemperatur.

Organische Materialien

Es ist heute möglich vom Druck menschlichen Gewebes zu sprechen, hergestellt aus einem Gel, in das lebende Zellen gegeben werden, sodass sich biologisches Gewebe bilden kann. Eine Grenze dieser Technologie ist die ständige Versorgung der Zellen mit Blut, um die diese während und nach dem Druckvorgang am Leben zu halten. Auf diesem Gebiet werden intensive Forschungen und Entwicklungen betrieben.

Pionier dieser Technologie ist Orgaovo mit seinem Drucker NovoGen MMX BioPrinter. Aber auch andere Unternehmen, wie EnvisionTEC sowie verschiedene Universitäten besitzen Modelle und Maschinen, um auf diese neue Tendenz zu reagieren. Diese Technologie ist ein neuer Meilensteil in der Transplantationsmedizin und auf dem pharmazeutischen Markt.

Wachs

Wachs wird hauptsächlich zur Herstellung von Gussformen verwendet, sowohl für mechanische Bauteile, als auch für künstlerische Werke, in der Zahnmedizin, oder zur Herstellung von Schmuck. Auf dem 3D-Druck-Markt sind verschiedene Arten von Wachs verfügbar: Das Unternehmen 3D Systems bietet die Materialien VisiJet Prowax, Hi-Cast VisiJet und VisiJet Dentcast Dental Wax-up für die 3D-Drucker 3D ProJet 3500 und Projet 5000 an, die mit der MultiJet-Technologie arbeiten. Solidscape von Stratasys, für seinen Teil, vertreibt die Materialien 3Z Model, 3Z Lab Cast, plusCast und Indura Cast für seine 3D-Drucker der Serie 3Z (Max, Lab, Studio, Pro), die ebenfalls auf einer Technologie beruhen, die dem MultiJet-Verfahren ähneln. Letztlich findet man auch Material- und Druckerangebote von EnvisionTec und Objet (mittels PolyJet Technologie).

Hier ein Video, das das MultiJet-Verfahren verdeutlicht (auf englischer Sprache):

Lebensmittel

Keramik

3D-Druck mit Schokolade mit dem Choc Creator V1

Auch auf dem Bereich der Lebensmittel laufen sehr viele Forschungen und Entwicklungen. So zählen auch schon Schokolade, Käse oder Zuckerguss zu den 3D-druckbaren Materialien. Der Druck dieser Lebensmittel basiert auf dem FDM-Verfahren (der Schmelzschichtung), bei dem jedoch eine Spritze anstelle des üblichen Extruders sitzt. Hier dienen sie Maschinen in der Regel der Herstellung von komplexen Dekors.

Titelbild – Quelle: Organovo.

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