Erstaunliche Werkstücke aus dem 3D Druck

Nachdem unsere letzte News schon wieder eine ganze Weile zurückliegt, wollen wir Ihnen heute einige Beispiele für fortgeschrittenen 3D Druck präsentieren, die uns in den letzten Wochen aufgefallen sind.

• 3D Druck und Kunst in der Kirche
• 60 Einzelteile für den 3D Drucker
• Neue Hochleistungsthermoplaste für den 3D Druck von Prothesen
• PEEK im 3D Drucker
• ULTEM als modernes Hochleistungsthermoplast

3D Druck und Kunst in der Kirche

Im bayerischen Altmühldorf musste nach vielen Jahren eine Grundsanierung durchgeführt werden. Die verantwortliche Kirchenstiftung entschied sich für einen kompletten Neuanfang im Innern. Der Altarraum sollte ganz neu und modern gestaltet werden. Dabei scheute man sich nicht auf die additive Fertigung zurückzugreifen. Zwei Künstler aus München erhielten den Auftrag für den Entwurf. Ein Computational Designer erstellte ein entsprechendes Design und ein Fertigungsspezialist für den 3D Druck übernahm schließlich die Herstellung. Dieses Projekt stellte besonderen Anforderungen an die 3D Druck Experten. Denn der neue Altaraufsatz hatte nicht nur eine Höhe von acht Meter und zweieinhalb Meter Breite, sondern bestand aus einer komplexen und vielförmigen Gitterstruktur, die zudem auch noch mit einer goldfarbenen Metallbeschichtung versehen werden sollte. Das sakrale Kunstwerk, ein sogenanntes Retabel, konnte keinesfalls als Ganzes erzeugt werden.

60 Einzelteile für den 3D Drucker

Dementsprechend zerlegten die 3D Druck Experten in ihrer Konstruktion das Werk in 60 Einzelstücke, die mit dem SLS Verfahren in 120 Tagen realisiert werden konnten. Als Baumaterial wurde der bekannt Werkstoff Polyamid PA 12 verwendet. Ein eigens entwickelter Prozess konnte die dreidimensionalen weißen Teilstücke über thermisches Spritzverfahren mit einer Metallbeschichtung versehen. Dabei wurde eine Bronzelegierung eingesetzt, die nicht nur die Farbe beisteuerte, sondern auch für die im fertigen Zustand erforderliche Stabilität des Retabels sorgte. Insgesamt ergaben sich durch die Gitterstruktur 2000 verschieden geformte und hochfiligrane Anschlussstellen. Für den festen und unsichtbaren Zusammenbau dieser Teilstücke konnte keine maschinelle Lösung gefunden werden, hier war zeitraubende Handarbeit gefragt. Das beeindruckende Gesamtkunstwerk lässt sich im Google Eintrag für die Pfarrkirche St. Laurentius in Altmühldorf bewundern.

Neue Hochleistungsthermoplaste für den 3D Druck von Prothesen

Schon seit vielen Jahren werden Prothesen, Brücken oder Implantate im 3D Drucker hergestellt. Mit der additiven Fertigung auf Grundlage genauer Daten aus dem MRT und anderen Vermessungstechniken gelingt die Herstellung nicht nur wesentlich schneller sondern auch erheblich kostengünstiger. Im Zuge der verstärkten Forschung an diesem Zweig der Medizin setzen sich immer mehr neue Werkstoffe durch, die spezifische Anforderungen erfüllen. Im vorliegenden Fall ging es um einen an Krebs erkrankten Patienten, dem in China ein neues Schlüsselbein eingesetzt werden sollte. Die sonst üblichen Metalllegierungen boten hier keine gute Lösung, denn sie hätten den folgenden chemotherapeutischen Prozess behindert. Das alternativ zu wählende Material sollte wegen des Gesamtzustands des Patienten besonders gut vom Körper angenommen werden, d.h. möglichst keine Abstoßungsreaktionen hervorrufen. Die Wahl fiel letztendlich auf ein neues Hochleistungsthermoplast namens PEEK. Verarbeitet mit der recht preiswerten FMD-Technologie (oder in der neueren Bezeichnung Schmelzschichtungstechnologie) zeigt PEEK hervorragende Eigenschaften.

PEEK im 3D Drucker

PEEK gehört mit dem verwandten Material PECK zur Familie der Polyaryletherketone. Das sind teilkristalline Kunststoffe, die nach dem Abkühlungsprozess über eine enorme Festigkeit und Steifigkeit verfügen. In der Stärke sind sie mit Stahl vergleichbar, wiegen jedoch nur 20% des Metalls. Tatsächlich wurde diese Hochleistungsthermoplasten bereits in den 80er Jahren entwickelt, aber ihre allgemeine Verbreitung wurde durch einen entscheidenden Faktor verhindert. Der Schmelzpunkt dieser Stoffe liegt bei 350° Celsius und war damit für die herkömmlichen Extruder in den FDM 3D Druckern unerreichbar. Erschwerend hinzu kam die mit 230° recht hohe benötigte Temperatur des Druckbetts, um das Werkstück lösen zu können. Nachdem jetzt auch noch die Support-Materialien mit neuartigen Werkzeugen vom Werkstück gelöst werden können, steht einem breiten Einsatz von PEEK nichts mehr im Wege.

ULTEM als modernes Hochleistungsthermoplast

Kaum lässt sich PEEK professionell verarbeiten, drängt allerdings mit ULTEM ein weiterer Werkstoff in den Blickpunkt des Interesses. Diese Weiterentwicklung des Polyaryletherketons stellt seit 2007 eine neue Alternative dar, da für seine Herstellung nicht das verhältnismäßige teure Keton benötigt wird. Die Eigenschaften von ULTEM im 3D Druck sind besonders für die Raumfahrt interessant. ULTEM wird in Saudiarabien von der Firma SABIC produziert. ULTEM zeichnet sich aus durch

• Hitzebeständigkeit
• Lösungsmittelbeständigkeit
• Flammbeständigkeit
• Durchschlagsbeständigkeit

Zusammen mit einer guten Wärmeleitfähigkeit sind das genau die Eigenschaften, die z.B. Raumfahrtpioniere wie Elon Musk für ihre neuen Antriebe benötigen.