Wie funktioniert farbiger 3D-Druck?

Um mit dem 3D Drucker in Farbe zu drucken, stehen mehrere Verfahren zur Auswahl. Welche es sind und wie sie funktionieren bzw. wie beim 3D-Druck in Farbe gedruckt wird – welche Technologien zugrunde liegen und welche Farbkonstellationen sowie Qualitäten möglich sind – haben wir für den Bereich farblichen 3D-Druck hier erstellt.

a. Die Schmelzbeschichtung

Eine Technologie bekannt als „Fused Deposition Modeling“ (FDM). Dabei werden sehr dünne Kunststoff-Filamente schichtweise extrudiert. Am Ende ist das Objekt fertig. Diese Technologie wurde im Jahr 1990 von S. Scott Crump, dem Gründer von Stratasys, entwickelt. FDM ist mit hoher Wahrscheinlichkeit die beliebteste und zugänglichste der Technologien im 3D-Farbdruck.
Ein Nachteil bei der FDM-Technologie ist die Schwierigkeit, die Farben erfolgreich zu integrieren. Die beste Art mit FDM vollfarbliche Modelle zu bekommen, ist das Tauschen des Filaments im Laufe des Druckvorgangs. Alternativ kann ein Drucker mit mehreren Extrudern verwendet werden. Dieser verspricht jedoch nur einen Druck begrenzt auf 4 – 5 Farben.
Als negativer Aspekt ist die Qualität des Drucks mit der FDM-Technologie zu nennen. Die Mehrzahl der Drucker bietet eine Schichtstärke beginnend mit 0.1 mm. Um die Qualität zu verbessern, ist eine Postdruck-Behandlung notwendig. Trotzdem sind die FDM 3D-Drucker die billigsten Farb-3D-Drucker auf dem Markt. Einige der Modelle gibt es bereits ab 300 Euro.
Die Firma ROVa4D aus Kanada brachte einen Drucker auf den Markt, der bis zu 5-farbige Filamente mischen kann. Die fünf Farbfilamentrollen mit den Farben Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz und Weiß mischt der Drucker im Extruder, damit kann jede gewünschte Farbe erstellt werden.

b. Der Powder Binding Pulverdruck

Das Powder-Binding ist auch als Binder Jetting bekannt. Diese 3D-Drucktechnik, entwickelt 1993 am MIT, wurde unter der Marke Zcorp kommerziell vertrieben. 3DSystems erwarb das Unternehmen. Seitdem werden die Farbdrucker der Serie „Color Jet Printing” von 3DSystems vertrieben.
Die Technik benutzt einen Tintenstrahldruckkopf, welcher oberhalb eines Pulverbetts aus Gips in Aktion ist. Das Pulver wird selektiv (nach den Vorgaben des Computers) so verbunden, dass es an den vorgegebenen Stellen eingefärbt wird. Im zweiten Schritt wird eine neue dünne Pulverschicht über dem vorher verarbeiteten Abschnitt verteilt. Dieser Prozess wird wiederholt, wobei die Bauplattform jedes Mal abgesenkt wird. Schichtweise entsteht so das gewünschte Objekt.
Wie bei dem 2D-Papierdrucker wird mit CMYK-Farben gearbeitet. Millionen von verschiedenen Farbenuancen sind möglich. Das Verfahren lässt die Herstellung von großen Objekten mit der Schichtdicke von ca. 100 Mikrometer zu. Es werden keine weiteren Hilfsträger benötigt.

Powder Binding – die Nachteile

Der Reinigungsprozess ist nach jeder Benutzung notwendig, damit das überschüssige Pulver entfernt wird. Eine Flüssigkeit wird zur Stärkung des gedruckten Objekts und der Verbesserung der Farbenkontraste gebraucht. Das Bindingverfahren ist eine gute Möglichkeit für Designer und Architekten, um Prototypen zu erstellen.

c. Das Polyjet Druckverfahren

Jetting ist eine 1999 von Objekt Ltd. patentierte 3D-Drucktechnologie und wurde 2012 mit Stratasys fusioniert. Die Technik ähnelt der Tintenstrahltechnik. Ein PolyJet-3D-Drucker legt Tröpfchen aus flüssigem Photopolymer aus, die sofort durch UV-Licht ausgehärtet werden. Diese 3D-Drucker verwenden ein Trägermaterial, mit dem komplexe Teile erstellt werden können. Dieses wird anschließend mit Wasser entfernt. Der Polyjet-3D-Druck kann mit einer großen Zahl an Farben und auch Materialien arbeiten. Das Verfahren beruht auf UV-Licht, mit dem das harzartige Material ausgehärtet wird.

d. Selective Deposition Lamination (SDL)

Eine Technologie, die das 3D-Drucken mit Farbe ermöglicht, hat als Basis einen Papierschichtungsprozess, der Selective Deposition Lamination (oder Laminated Object Manufacturing) genannt wird. Die Technik wird mit den Maschinen des irischen Herstellers Mcor Technologies durchgeführt.
Die Besonderheit der SDL liegt in der Kombination einer additiven mit einer subtraktiven Fertigung in der gleichen Maschine.

  1. Der Drucker wird mit A4-Blättern geladen.
  2. Jedes Blatt wird mit Farbtinte aufgesprüht, um die Farbe und die Kontur des Objekts zu erreichen. Ein Bindemittel verklebt die Blätter miteinander.
  3. Ein Schneidemesser schneidet die Konturen des Objektes blattweise.
  4. Nach dem Druck wird das überschüssige Schnittpapier entfernt. Ein Lack wird im letzten Schritt aufgebracht. Das Objekt wird dadurch gehärtet.