3D Wasserstrahlschneidmaschinen bald auch für DIY-Begeisterte?

3D-Drucker sind in der Lage, dreidimensionale Objekte anhand eines CAD-Modells anzufertigen. Im Hinblick auf das dreidimensionale Drucken von massiven Objekten lassen sich dabei verschiedene Funktionsweisen unterscheiden. Überdies stehen hochmoderne 3D Wasserstrahlschneidmaschinen bereits in den Startlöchern.

Wir wagen einen Blick auf eine der zukunftsweisenden Spitzentechnologien, die das gesamte Druckverfahren noch weiter revolutionieren wird.

Anfänge des dreidimensionalen Druckens

3D-Drucker und 3D Wasserstrahlschneidmaschinen

Die klassische Art und Weise zu Drucken, setzt den Fokus auf subtraktive Prozesse, indem ein Objekt bzw. das Rohmaterial so lang bearbeitet wird, bis die exakte Form der Vorlage erreicht ist. Dieser Prozess wird als subtraktiv bezeichnet, da das Rohmaterial stetig an Fülle und Form verliert. In diesem Zusammenhang arbeitet eine CNC-Fräse am entsprechenden Objekt.

Das dreidimensionale Drucken arbeitet hingegen additiv. Der 3D-Drucker setzt die einzelnen Partikel zusammen, bis das gewünschte Objekt der jeweiligen Vorlage entspricht. Im dreidimensionalen Druckverfahren werden Plastik, Nylon, Keramik sowie Metalle und Kunststoffe eingesetzt und verarbeitet.

3D-Drucker

Der eigentliche Begründer der 3D-Drucker ist Chuck Hull. Er hatte bereits 1985 das 3D System grundlegend entwickelt. Früher war man imstande, mit Hilfe von 3D-Druckern lediglich mäßig präzise Arbeiten zu verrichten. Heute erreichen modernere Geräte um ein Vielfaches komplexere und exaktere Ergebnisse, wie zum Beispiel massive Gebilde und Objekte.

Darüber hinaus fällt eine außerordentliche Präzision im Hinblick auf die Verarbeitung und Genauigkeit auf; selbst bei den ersten Verbraucher-3D-Druckern, wie man auch auf Fachseiten wie sir-apfelot.de nachlesen kann. Um allerdings die Funktionsweise des 3D-Druckens wirklich verstehen zu können, macht es Sinn, einen Blick auf die einzelnen Techniken zu werfen.

SLS: selektives Lasersintern Verfahren

Beim „selektiven Lasersintern Verfahren“ – kurz SLS – werden Schicht für Schicht Metall, Keramik, Plastik oder Glas zusammengesetzt und miteinander verschmolzen. In jeder Schicht kommt der Laser zum Einsatz, um später das gesamte Objekt zusammenhalten zu können.

Bei diesem Verfahren ist es möglich, gleich mehrere Rohmaterialien miteinander zu verbinden. Darüber hinaus produziert das Lasersintern-Verfahren hitzebeständige Objekte.

Fused Deposition Modeling mit geschmolzenem Werkstoff

Eines der additiven Druckverfahren stellt das Fused Deposition Modeling dar. Das Rohmaterial liegt in geschmolzener Form vor und eine Düse fertigt daraus das gewünschte Objekt. Der geschmolzene Rohstoff wird via Extrusion freigegeben, um im direkten Anschluss zu erstarren. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, einen 3D-Drucker gleich mit mehreren Düsen auszustatten.

Wir finden an den FDM-Maschinen die eigentliche Düse, die das Rohmaterial ausströmen lässt, und die Düse für die entsprechenden Stützstrukturen. Die Stützen werden direkt nach dem Druck entfernt. Sie sollen lediglich verhindern, dass das Objekt keinen Schaden im Fertigungsprozess nimmt. Dieses Fertigungsverfahren geht auf S. Scott Crump zurück.

Stereolithographie arbeitet mit Stützmechanismen

Im Jahr 1986 reichte Chuck Hull sein Patent für die Stereolithographie ein. Er verwendete einen lichtempfindlichen Kunststoff und brachte diesen mit einem UV-Laser schichtweise zum Erstarren. Auch hier haben wir es mit geschmolzener Masse zu tun, die über zusätzliche Stützstrukturen abgesichert wird, bis der fertige 3D Druck vorliegt.

Doch im Gegensatz zur vorhergehenden Funktionsweise nutzte Hull Strukturen, die aus dem Material bestehen, wie das Objekt selbst.

3D Wasserstrahlschneidmaschinen erarbeiten dreidimensionale Formen

Mithilfe von 3D Wasserstrahlschneidmaschinen ist es möglich, Werkstücke über Hochdruckverfahren voneinander zu trennen. Schon seit 1900 nutzt man den Wasserstrahl für das Schleifen von Kies und Ton; darüber hinaus erforschten Wissenschaftler in US-amerikanischen Minen in den dreißiger Jahren den Einsatz von Wasser unter Hochdruck, um Erz oder Kohle abzubauen.

Ende 1900 eroberte ein neues Verfahren den Markt: FLOW wird heute als DYNAMIC WATERJET bezeichnet und macht es möglich, Schnittkanten mit einem Hochdruck-Wasserstrahl zu korrigieren. Bekannte deutsche Firmen wie die H.G. RIDDER Automatisierungs-GmbH nutzen dieses Verfahren und haben es im Rahmen der deutschen Industriearbeit weiterentwickelt. Bei dem Hochdruck-Wasserstrahlverfahren spielt es übrigens (fast) keine Rolle, mit welchen Materialien Sie arbeiten.

Revolution im dreidimensionalen Fertigungsverfahren

Der Fokus liegt auf der Metallverarbeitung, der Kunststoffverarbeitung und der Steinbearbeitung. Das wesentliche Geheimnis der Präzision steckt im Schneidekopf, denn dieser lässt sich beliebig schwenken und ermöglicht eine 3D Bearbeitung. Auf diese Weise ist es Ihnen realistisch, selbst komplizierteste Formen frei zu schneiden. Die Genauigkeit dieser Maschinen reicht bis zu 0,005 mm/m.

Die einzige Voraussetzung: Der jeweilige Bearbeitungsraum sollte klimatisiert sein. Diese technischen Errungenschaften machen es möglich, sich an der Konstruktion von Objekten zu versuchen. Wir haben es mit einer spannenden, wegweisenden Entwicklung zu tun, die die Fertigungsbranche komplexer, dreidimensionaler Objekte in die eigene Werkstatt holt.

Links zu weiterführenden Information

https://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstrahlschneidemaschine
http://cre.fm/cre138-basteln-im-21-jahrhundert

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