Industrie-Report

Ein Boom bei den Herstellern auf der IDS

Teil 1 - Additive Fertigungstechniken: der 3D-Drucker

© Formlabs
© Formlabs


An zahlreichen Ständen der IDS 2017 wurden 3D-Drucker ausgestellt – so viele wie noch nie. Unsere Autorin Dr. Christin Arnold, Dipl.-Ing. (FH), hat sich für uns sehr genau auf der Messe zum Thema „Additive Fertigungstechniken“ umgeschaut und gibt in einem mehrteiligen Beitrag einen Überblick zu Verfahren und angebotenen Druckern.

Angesichts der Vielzahl an Neuvorstellungen erhob sich die Frage, ob „Additives Manufacturing“ (AM), auch generatives Formgebungsverfahren oder kurz RP für Rapid Prototyping genannt, dominierend nun auch Verfahren der Dentalbranche ist. Was schon abzusehen ist: AM stellt weiterhin ein Potenzial für dentale Herstellungsprozesse dar. Die auf additiven Prozessen basierende Fertigung steht für den optimierten Materialeinsatz, eine schnelle Produktion mit vergleichsweise geringer Manpower – schlicht eine hocheffiziente, ökonomische Arbeitsweise.

  • Drucker um Drucker ...
  • ... gab es auf der IDS 2017 zu sehen.
  • Drucker um Drucker ...
  • ... gab es auf der IDS 2017 zu sehen.

Einleitung

Die Erwartungen übertreffend zeigten viele Unternehmen eine Erweiterung ihres digitalen Angebots im Bereich der 3D-Drucker und folglich auch im Materialspektrum. Eine 3D-Druck ohne Wertung der Verfahren und ist ohne Gewähr (auch auf Vollständigkeit), da hier die Auskünfte der einzelnen Anbieter wiedergegeben werden. Dementsprechend sind die zu den einzelnen Systemen aufgeführten Parameter nicht aufeinander abgestimmt und nicht immer vergleichbar. So wurden viele Produktionszeiten anhand verschiedenster Anwendungen genannt. Da die Druckgeschwindigkeit von zahlreichen Parametern abhängt – und dabei vor allem die Präzision ein wichtiger Faktor ist – werden im Folgenden lediglich vereinzelt die in Datenblättern aufgeführten Geschwindigkeiten erwähnt, bestmöglich sollte dazu immer die Auflösung (Schichtstärke) angegeben sein. An dieser Stelle wird empfohlen, bei Kaufinteresse die Produktionszeiten entsprechend den gewünschten Anwendungen und Produktionseinheiten zu erfragen. Die geführten Gespräche haben zudem gezeigt, dass der 3DDruck keinesfalls trivial ist und hinter jedem System ein großes Know-how an theoretischem, technischem und Anwenderwissen steckt.

Das Verfahren der „Maskenbelichtung“

Die Mehrheit der neuen 3D-Drucker basiert auf der Digital Light Projection-Technologie (DLP), gefolgt von dem Stereolithografie-Prinzip (STL/SLA). Grundlage für diese Verfahren sind lichthärtende Kunststoffe (Kunstharze). Es handelt sich dabei um Gemische verschiedener Monomere, die entsprechenden – nicht näher genannten – Rezepturen unterliegen. Materialanbieter wie beispielsweise DETAX (Ettlingen) mit der Freeprint-Serie, DeltaMed (Friedberg) mit der 3Delta-Reihe oder Dreve (Unna) mit der FotoDent-Serie haben einen großen Anwendungsbereich geschaffen.

Viele Unternehmen bieten ihre 3D-Drucker als „materialoffenes System“ an. Diese Aussage impliziert jedoch nicht, dass der jeweilige Drucker mit jeglichem Material „ad hoc“ beste präzise Ergebnisse liefert. Letzteres ist der Grund dafür, dass die meisten Anbieter bereits eigene Materialien in ihr Portfolio aufgenommen haben oder Verbindungen mit Materialanbietern eingegangen sind. In diesen Fällen sind entsprechende Druckerparameter (z. B. Belichtungszeiten [Übergangslayer, Baselayer], Abzugsgeschwindigkeiten) hinterlegt oder eventuell geforderte Temperaturen (Viskosität) durch beheizte Materialwannen sichergestellt. Thomas Beier (Produktmanager bei Dreve) postulierte, dass nur die richtige Verarbeitung der Kunststoffe die gewünschten mechanischen Eigenschaften, Langlebigkeit, Dimensionsstabilität, aber auch die Farbe bzw. Färbungsresistenz liefert. Folglich muss der Anwender bei einem „materialoffenen System“ und individuellem Materialwunsch die Druckerparameter an das Material angleichen. Die Material- und 3D-Druckeranbieter bieten dabei zumeist Unterstützung an.

Beier betonte zudem, dass sich die frisch gedruckten Objekte im Stadium der „Grünfestigkeit“ befinden. Während der Fertigung werden Stützstrukturen mitgedruckt, außerdem ist für die finale Mechanik, die gewünschte Präzision und die Biokompatibilität eine regelgerechte Nachbearbeitung unabdingbar. Dazu gehört die finale Polymerisation in einem „Blitzlichtgerät“. Thomas Beier appellierte darüber hinaus an die Anwender, den Arbeitsschutz nicht außer Acht zu lassen und neben der Gebrauchsanweisung auch den Sicherheitsdatenblättern Beachtung zu schenken.

Schritte vor und nach dem 3D-Druck

Grundsätzlich werden bei allen Verfahren zunächst die CAD-Daten („offener“ .stl) mit zumeist mitgelieferten Softwareprogrammen aufbereitet. Supportstrukturen werden manuell oder automatisch gesetzt und die Schritt für Schritt zu belichtenden Schichten berechnet (Slicing). Unter Einhaltung der Maschinen- und Materialparameter wird eine Datei für den Drucker erzeugt.

Nach dem Druckprozess und kurzer Abtropfzeit erfolgt ein Nachbearbeitungsprozess, der so – oder ähnlich – vorgeschrieben sein kann: Für die Vorreinigung werden die Druckobjekte von der Bauplattform mit einem Spachtel o. ä. entfernt und in ein separates Isopropanol- Ultraschallbad (Reinheit ? 98 %; 3 min) gegeben. Nach anschließender Druckluftreinigung werden die Stützstrukturen vorsichtig entfernt. Sodann ist die Hauptreinigung in einem weiteren frischen Isopropanol- Ultraschallbad erforderlich (Reinheit ? 98 %; 3 min). Erst wenn sich keinerlei Rückstände des flüssigen Kunststoffes mehr auf dem Bauteil befinden, erfolgt die Nachbelichtung (z. B. Xenonblitzlichtgerät Otoflash G171 [NK-Optik, Baierbrunn] mit 2 × 2000 Blitzen). Laut Thomas Beier von Dreve ist dabei die Schutzgasatmosphäre essenziell. Letzterer Punkt variiert zwischen den Anbietern.

Weitere Verfahren

Dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers entsprechend wurden auch 3D-Drucker, die auf der PolyJet-Technologie basieren, vorgestellt („Jet“: Düse). Dieser Druckprozess erfordert zumeist keine Nachpolymerisation. Auch das thermoplastische Verhalten von Kunststoffen nutzen einige Unternehmen für die additive Fertigung aus. Es wurden Drucker vorgestellt, die mit dem Prinzip Fused Filament Fabrication bzw. Fused Deposition Modelling arbeiten: Hier werden Kunststoff-„Fäden“ eingesetzt. Lohnend für große Labore präsentierten einige Firmen Laserschmelz- oder Lasersinter-Anlagen, in denen Metallpulver zu Kronen und Brücken oder sogar Klammerprothesen verarbeitet werden.

3D-Druckverfahren: Gerätehersteller – Anbieter – Drucker – Materialien

Die kommenden Teile dieses Beitrags (Teil 2 in der Maiausgabe des Internationalen Zahntechnik Magazins) informieren über die verschiedenen Verfahren und geben Einzelheiten zu den 3D-Druckern vor allem folgender Firmen (ursprüngliche Hersteller und Anbieter) an die Hand:

Digital Light Projection und Stereolithografie

Asiga, BEGO, Core3Dcentres, Dental Direkt, Dentona, DMG, DWS, ERNST HINRICHS Dental, Formlabs, Goldquadrat, Henry Schein, Kulzer (vormals Heraeus Kulzer), MC-Dental, Metalor (vormals Métaux Précieux), Organical CAD/CAM, Rapidshape, SCHEU-DENTAL, SHERA Werkstoff-Technologie, SILADENT Dr. Böhme & Schöps, UnionTech, VOCO, XYZprinting Netherlands und YETI Dentalprodukte.

PolyJet-Technologie
Stratasys

Fused Filament Fabrication/Fused Deposition Modelling
Fa. Johannes Weithas/Valplast

3D-Metalldruck
Concept Laser, EOS, O.R. Lasertechnologie, Renishaw, SLM Solutions 

Teil 2 mit dem Titel "Digital Light Projection - das meistrealisierte 3D-Druckverfahren auf der IDS" finden Sie unter untenstehendem Link.

weiterlesen
Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Christin Arnold



Das könnte Sie auch interessieren:

Die aktuelle Ausgabe

Besuchen Sie uns doch mal auf unserer Facebookseite! Wir freuen uns über jeden Like und sind gespannt auf Anregungen, Kommentare, Kritik und Ideen für neue Themen!

Hier geht's direkt zur Seite

Meistgelesene Artikel

Abb.00 3762b8 Seit über einem Jahr sind jetzt die in das Strafgesetzbuch eingefügten §§ 299a und 299b StGB zum Thema Antikorruption in Kraft.