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Was bringt ein 3D-Drucker mit mehr als 3 Achsen?

Typischerweise besitzen 3D-Drucker 3 Achsen: X, Y und Z. Seit Jahren wird jedoch an 3D-Drucker mit mehr als 3 Achsen gearbeitet und oftmals wird für solche Geräte das „Gelbe vom Ei“ versprochen – es werden also hauptsächlich die Vorteile solcher Verfahren hervorgehoben. Doch gibt es auch Nachteile? 

Die Antwort muss ein Ja sein – sonst würde jeder neu gekaufte 3D Drucker schon mit 4, 5 oder gar 6 Achsen arbeiten. Tatsächlich steigert jede zusätzliche Achse die Komplexität des Systems und auch die Kosten. Die bekannten Slicer sind damit ebenfalls überfordert.

Andererseits bringen zusätzliche Achsen auch Vorteile mit sich: Ein Test des Mitsubishi Electric Research Laboratories hat gezeigt, dass ein Bauteil das 5 Achsen gedruckt wurde deutlich stabiler war, gleichzeitig aber 25% weniger Kunststoff verbraucht hat. In der Hinsicht haben 3D-Drucker mit mehreren Achsen also einen klaren Vorteil gegenüber den herkömmlichen.

Allerdings gibt es einen weiteren großen Nachteil: Die Haftung der Bauteile am Druckbett, die Besitzer eines 3D-Druckers mit 3 Achsen kennen das Problem schon. Mit 5 Achsen verstärkt sich das Problem noch weiter, denn dann drückt die Schwerkraft das Bauteil nicht mehr auf das Druckbett, sondern viel mehr zieht sie es (je nach Neigung) vom Druckbett weg. Das mag zwar bei kleinen Objekten mit nur einigen Gramm noch kein großes Problem sein, bei großen und langen Objekten (zum Beispiel einem dünnen Turm) könnte es aber soweit zum Problem werden, dass das Objekt vom Druckbett fällt.

Die Entwicklung von 3D-Drucker mit mehreren Achsen steckt also noch in ihren Kinderschuhen, es wird aber intensiv daran geforscht. Zum Beispiel an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW), dort haben Studenten einen, mehrachsigen Achsigen 3D-Drucker entwickelt. Der Druckkopf selber kann wie bei bekannten Delta 3D-Drucker bewegt werden, das Druckbett kann auf ähnliche weise bewegt werden. Durch den Aufbau entfällt der Druck von Stützstrukturen – das spart Zeit beim Drucken, macht die Objekte stabiler und das Entfernen von Stützstrukturen wird überflüssig.

Bei Fräsmaschinen ist die Technik für mehr als 3 Achsen schon sehr weit fortgeschritten und kann durchaus als Industriestandard bezeichnet werden. Daher ist es sehr interessant, dass japanische Forscher vor rund einem Jahr eine Kombination aus 5 Achsiger CNC Fräsmaschine und 3D Drucker erstellt haben. Die Kombination aus Japan ist allerdings noch ein Prototyp.

Kein Prototyp hingegen ist der Metall-3D-Drucker von Sciaky. Der Drucker arbeitet mit der EBAM Technik, dabei könnten verschiedenen Metall wie Titan oder Tantal verarbeitet werden. Um komplexe Bauteile ohne Materialverlust und mit höchster möglicher Stabilität herzustellen, werden Maschinen mit EBAM schon seit 2014 mehr als den 3 „Standard-Achsen“ ausgestattet:

Sciaky's Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM™) Solution

Ein weiteres Unternehmen das mit einer Kombination aus 3D-Drucker und CNC-Fräse arbeitet ist DMG Mori. Dabei wird erst mittels eines eine speziellen Druckverfahrens ein Objekt erzeugt, anschließend wird es von der selben Maschine (einer 5 Achsigen CNC-Fräsmaschine) bearbeitet und so das fertige Produkt erzeugt.

Zusammengefasst kann man sagen, dass es durchaus Einsatzbereiche gibt wo 3D-Drucker mit mehr als 3 Achsen ihre Daseinsberechtigung haben. Gleichzeitig treibt jede zusätzliche Achse aber auch die Kosten und die Komplexität in die Höhe. Für den Einsatz in den eigenen vier Wänden hat daher meiner Meinung nach maximal eine 4 Achse einen Sinn: Sie könnte das Druckbett rotieren und so perfekt Runde Objekte ermöglichen.

 

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Dominik studiert derzeit Wirtschaftsinformatik an der TU-Wien. Seit mehreren Jahren beschäftigt er sich mit neuartigen Technologien und speziell mit 3D-Druck. In seiner Freizeit beschäftigt sich Dominik außerdem mit Embedded-Systems sowie deren Programmierung und ist außerdem ehrenamtlich bei mehreren Organisationen tätig.