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3D Druck

3D Druck: Ein Schritt zur Digitalisierung von Unternehmen

3D Druck, Industrie, Forschung und Entwicklung

Herstellung von Prototypen, Kleinserien oder Ersatzteilen: Mit dem 3D Druck, auch 3D Printing, lassen sich viele Prozesse in Betrieben beschleunigen und kostengünstiger gestalten. Denn Unternehmen müssen heute flexibel und schnell reagieren, um mit der Entwicklung ihrer Branche mitzuhalten. Beispielsweise beim Entwurf neuer Produkte oder bei komplexen Produktionsprozessen, in denen eine kaputte Maschine sofort zu einem höheren finanziellen Risiko führen würde.

Dabei entwickelte Chuck Hull bereits 1983 einen Weg, um Photopolymere von ihrem flüssigen Zustand durch eine punktuelle UV-Bestrahlung in eine feste Masse umzuwandeln. Diese so genannte Stereolithografie stellte die Basis für die Entwicklung des 3D Drucks dar, die im gleichen Jahr seinen Anfang nahm.

Wozu 3D Druck?

Seit der ersten Anwendung des 3D Drucks hat sich einiges getan. Die Auswahl der druckbaren Materialien ist größer geworden. Mittlerweile lässt sich neben Kunststoffmaterialien auch Beton,  Papier, Metall oder organisches Gewebe verwenden. Möglich machen das verschiedene Herstellungsverfahren wie selektives Lasersintern oder Fused Deposition Modeling.
Auch die 3D Drucker verbessern sich in ihrer Qualität und in ihren Ergebnissen weiter. So ist es seit 2014 möglich, mehrere flüssige Materialien in einem Druck zu kombinieren. Hinzu kommt, dass die Modelle als Leichtbaukonstruktion weniger Gewicht haben als Objekte aus klassischen Herstellungsmethoden wie dem Spritzgussverfahren. 

Diese rasante Entwicklung weckte das Interesse der Wirtschaft. Zunächst startete die Automobilindustrie mit der Herstellung von Prototypen. Dieses Verfahren weitete sich rasch auf andere Industrien aus. Mittlerweile ist das 3D Printing einer der Standards in der Prototypenherstellung, da er die Zeit für Planung, Entwicklung und Fabrikation eines neuen Produktes verkürzt (Rapid Prototyping).

Für die Fabrikation von Kleinserien, Einzelteilen oder Ersatzteilen ist der 3D Druck ebenfalls geeignet. Gerade dann, wenn die industrielle Fertigung zu aufwändig und teuer wäre, stellt der 3D Druck eine gute Alternative dar. Darüber hinaus können unterschiedliche Serien oder Teile direkt hintereinander produziert werden. Ein Austausch von beispielsweise Gussformen ist nicht nötig.

Ein weiterer Bereich, in dem sich das Verfahren bewährt hat, ist der Werkzeug- und Formenbau. Statt auf externe Lieferanten zurückzugreifen, lässt sich ein Werkzeug oder eine Form in kurzer Zeit und im eigenen Unternehmen herstellen.

3D Druck, 3D Drucker, Aufbau

Vorteile und Nachteile der 3D Drucktechnologie

Aus der Nutzung dieser Technologie ergeben sich für Unternehmen einige Vorteile. Diese liegen besonders in der Reduktion von Fehlern sowie dem geringeren Material- und Arbeitsaufwand. Daraus ergibt sich eine schnellere, kostengünstigere Produktion. 

3D Druck, Prototyp, Forschung und Entwicklung
3D Modell in Wasser getaucht
3D Druck, Wasser entfernt Stützelemente am Prototyp
3D Prototyp, Forschung und Entwicklung

Vermeidung von Fehlern

Gerade in der Entwicklungsphase neuer Produkte sind Fehler in Design und Funktion normal. Die 3D Modelle können kurzfristig und schon im Frühstadium der Entwicklung genutzt werden. Auf diesem Weg lassen sich Fehler früher erkennen und beseitigen als bei der Herstellung von Objekten per Hand oder Gussformen. Da diese klassischen Herangehensweisen zeitaufwändig sind, kommen Prototypen oftmals zu einem späteren Zeitpunkt zum Einsatz, sodass Fehler erst auffallen, nachdem Arbeit und Zeit aufgewendet wurden. Gleiches gilt für die anderen Möglichkeiten, den 3D Druck einzusetzen. So kann die Produktion einer kleinen Auflage von Teilen zwischendurch gestoppt und nachgebessert werden und nicht erst am Ende der Herstellung.   

Je hochwertiger ein 3D Drucker ist, desto präziser und originalgetreuer ist das produzierte Teil. Beispielsweise ist es möglich, Objekte aus verschiedenen Materialien herzustellen und die Eigenschaften des Produktes nachzubilden. Egal ob mehrfarbig oder transparent, gummiartig oder fest, mit beweglichen Teilen oder ohne. Thermoplaste, Photopolymere und Verbundwerkstoffe sind in der Lage, nahezu jede Materialeigenschaft bereitzustellen und auch Nachbearbeitungsprozessen wie Lackieren oder Polieren standzuhalten. Auf diese Weise entsprechen Modelle im Gegensatz zu digitalen Entwürfen am Computer in ihrer Optik und Haptik dem Endprodukt. Durch Tests mit den Objekten werden Fehler sichtbar, die beim Endprodukt einen hohen Kosten- und Zeitaufwand für die Verbesserung mit sich bringen würde. Das bedeutet, dass sich bereits zu einem frühen Zeitpunkt der Entwicklung Prototypen drucken und Fehler ausmerzen lassen.

Darüber hinaus sind die einmal erstellten Modelle am Computer beliebig veränderbar und reproduzierbar. Weist der erste Entwurf des Prototyps Fehler auf oder soll beispielsweise etwas am Design verbessert werden, ist nur das Nötigste zu ändern. Im Anschluss können die Drucker sofort die nächste Generation des Prototyps produzieren.

3D Druck, 3D Drucker, Vorteile, Nachteile

Reduzierung des Materialverbrauchs 

Durch die exakte Herstellung der gewünschten Form reduziert sich der Materialverbrauch. Der 3D Drucker baut die Modelle in der benötigten Größe und Form auf. Das ist ein wesentlicher Unterschied zu den Teilen, deren Urformen durch Schneiden, Schleifen oder Bohren erst ihre endgültige Form erhalten. Durch den geringen Materialverbrauch und den geringeren Energie- und Arbeitseinsatz ist die Fertigung kostengünstiger.

Reduzierung des Arbeitsaufwands

Der Arbeitsaufwand lässt sich an verschiedenen Stellen reduzieren. Zum einen verringern sich der Kosten- und Zeitaufwand während der Entwicklung, da Prototypen frühzeitig getestet werden. Bei der Produktion entfallen der Bau von Gussformen und deren Wechsel, sobald eine neue Produktserie beginnt. Die gedruckten Teile sind fertig, eine Nachbearbeitung entfällt weitgehend. Zudem sind die Kosten unabhängig von der gedruckten Stückzahl und frei von Skaleneffekten. Das bedeutet, dass die Erzeugung von Kleinstmengen beim 3D Druck nicht teurer ist als die von großen Mengen. Bei der klassischen Fertigung sinken die Produktionskosten in der Regel bei steigender Produktionsmenge.   

Beschleunigung der Produktion

Der kurzfristige und flexible Einsatz des 3D Drucks führt am Ende zu einer Beschleunigung der Produktion. Dazu gehören die Reduzierung des Entwicklungsaufwands und des Arbeitsaufwands. Dies gilt besonders für die Herstellung von Ersatzteilen. Ohne 3D Printing muss die Erzeugung im schlimmsten Fall ruhen bis ein Ersatzteil geliefert wird. Ein 3D Drucker produziert die benötigen Teile hingegen vor Ort nach dem Just-In-Time-Prinzip.  

3D Druck, Ersatzteil
3D Druck, Formen, Beispiel
3D Druck, Prototyp, flexibel
3D Druck, Modell, mehrfarbig

Nachteile des 3D Drucks

  • Der Aufwand bei der Gestaltung einer druckbaren Vorlage darf nicht unterschätzt werden und braucht spezifische Kenntnisse.
  • Der Druckvorgang dauert je nach Komplexität des Objekts mehrere Stunden oder Tage.
  • Massenproduktion ist noch nicht möglich, da die klassische Fertigung ab einer bestimmten Stückzahl günstiger ist.

Verschiedene Verfahren im 3D Druck

Die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten, welche die vielfältige Materialien und Formen mit sich bringen, machen auch unterschiedliche Herstellungswege notwendig. Die meist verbreitete Druckvariante sind additive Verfahren, auch generative Fertigung, bei denen ein Objekt durch das Hinzufügen, Auftragen und Ablagern von Material entsteht. Vorlage dafür ist ein digitales Modell. Dazu gehören:

Additive Druckverfahren Geeignet für                                                                  
Selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen
Metalle
Selektives Lasersintern (SLS)
Polymere, Keramik, Metalle
Stereolithografie (SLA) und Digital Light Processing (DLP)
flüssige Kunstharze
Polyjet-Modeling und Fused Deposition Modeling (FDM, auch Fused Filament Fabrication, FFF) Kunststoffe, Kunstharze

Weitere, weniger genutzte Möglichkeiten sind formende Verfahren, bei dem das Produkt durch mechanische oder thermische Methoden wie Biegen, Pressen und Gießen seine Form erhält. Subtraktive Herangehensweisen bearbeiten Rohmaterial durch Fräsen, Drehen, Bohren und elektrische Methoden, um den gewünschten Gegenstand zu erhalten. Drucker, die mehrere Prozesse miteinander verbinden, fallen unter die hybriden Verfahren

Video: Einsatzmöglichkeit für 3D Druck    

Die RWTH Aachen entwickelte in Kooperation mit Conrad eine kollaborative Plattform, welche die Vernetzung von Produktionsressourcen und Kundenaufträgen ermöglicht. Zur Veranschaulichung der Ansätze entstand eine Simulation von Produktionsstätten. Mittels 3D Druckern kann diese Simulation Druckaufträge über ein Netzwerk an Standorte verteilen und die Produktion initiierten

Wir als Technologie Centrum von Conrad Electronic lieferten neben dem von uns empfohlenen Renkforce RF500 3D-Drucker noch die Empfehlung, die Renkforce 3D Printbox „Astroprint“ zu nutzen. Diese ermöglicht die Ansteuerung der Drucker über eine Programmierschnittstelle und die damit einhergehende Option über die bestehende Plattform mittels einer Server-Client Architektur Druckaufträge über das Netzwerk zu senden.

 

3D Druck Service online

Wenn Sie sich keinen eigenen 3D Drucker kaufen möchten, empfiehlt sich der 3D Druck Service von Conrad für Einzelstücke und Serienprodukte. Mit unserem Kooperationspartner Trinckle 3D GmbH bieten wir Ihnen das komplette Spektrum des 3D Printing. Dabei stehen Ihnen alle Drucktechniken wie Fused Deposition Modeling, Stereolithografie und Selektives Lasersintern zur Verfügung.  

Ihre Vorteile: 

  • Keine Zuschläge für Kleinstmengen
  • Umfangreiche Designfreiheiten
  • Breites Material- und Farbspektrum
  • Kurze Produktions- und Lieferzeiten 

3D Druck Service in der Filiale München Moosach

Scannen, Drucken, Mitnehmen: Nach diesem Prinzip funktionieren die 3D Printhubs in der Conrad Filiale München Moosach. Genaueres erklärt Ihnen dieses Video.  

3D Drucktechnologie auf conrad.biz

Unser Elektronikshop für Geschäftskunden bietet Ihnen alle Materialien und Geräte, die Sie zum Drucken brauchen. 

3D Drucker

In dieser Kategorie finden Sie eine breite Auswahl an Modellen, ob Bausatz, Einsteigermodell oder Hochleistungsdrucker.

Ersatzteile für 3D Drucker 

Ist ein Teil beschädigt, gibt es hier Ersatz. Dies reicht von Prozessor-Platinen über Extruder bis hin zu Federn, Kabel und Druckgussplatten. 

Erweiterungen

Möchten Sie Ihren 3D Drucker ausbauen, finden Sie in diesem Bereich beispielsweise Einhausungen, LED-Ringe zur Oberflächenbeleuchtung oder Filament Reiniger. 

Filament

Diese Drahtrollen aus thermoplastischem Kunststoff wie ABS oder PLA  kommen in Verfahren wie Fused Deposition Modeling und Fused Filament Fabrication zum Druckeinsatz.

3D Druck Software

Mit den Software-Programmen gestalten Sie das Objekt am Computer und steuern im Anschluss den Druck. Je nach Hersteller finden Sie Software für Einsteiger oder Profis.

3D Scanner

Mithilfe eines Scanners können Sie Personen und Dinge scannen. Die Scans lassen sich im nächsten Schritt ausdrucken oder am Computer weiterverarbeiten.

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