Der großflächige 3D-Druck erfordert eine Vielzahl von Technologien und Materialien und wird in vielen Bereichen eingesetzt. Tatsächlich ist die Definition von „groß“ relativ und es gibt keinen festen Standard. Im Allgemeinen handelt es sich bei Häusern, Booten und großen Möbeln um große Gegenstände. Der großformatige 3D-Druck hat sich nach und nach auf dem Markt durchgesetzt, da sich Hersteller, Künstler und Unternehmen für den 3D-Druck entscheiden, um ihre Anforderungen an großformatige Produkte zu erfüllen. Entwickler durchbrechen Schritt für Schritt die Größe von 3D-Druckern, durchbrechen technische Grenzen und drucken mehr und größere Produkte. Was sind also die Anwendungsbereiche des großflächigen 3D-Drucks? Was ist mit großen 3D-Druckern?
Die Größe des Produkts hängt oft von der Technologie und den Materialien ab und es gilt, ein Gleichgewicht zwischen Präzision und Größe zu finden, was die Wahl des richtigen 3D-Druckers zu einem entscheidenden Erfolgsfaktor macht. Software spielt auch bei der Erstellung großer Produkte eine wichtige Rolle, da der beste Weg, große Objekte zu drucken, oft darin besteht, sie in Teilen zu drucken und zusammenzusetzen. Zu den großformatigen 3D-Druckprodukten gehören unter anderem die folgenden Artikel:
●Displays, Requisiten und Beschilderung
● Häuser und architektonische Elemente
●Industrie- und Metallteile
●Möbel und Fahrzeuge
△Das Naturalis Biodiversity Centre in den Niederlanden verfügt über ein eigenes 3D-Drucklabor und hat zwei Builder Extreme 1500 Pro 3D-Drucker verwendet, um eine Nachbildung des Tyrannosaurus Rex herzustellen
●Ein Dinosauriermuseum ohne einen Tyrannosaurus Rex ist sicherlich kein richtiges Museum! Basierend auf einem 3D-Scan eines echten T.-Rex-Fossils druckte das Japan Dinosaur Museum die 12-Meter lange, 5-Meter hohe Replik als großen Teil in 3D, gedruckt mit zwei Builder Extreme im Großformat 3D-Drucker mit PLA-Kunststofffilament.
●Museumskuratoren, Filmset- und Requisitendesigner, Vergnügungsparks, Hersteller von Konferenz- und Weltausstellungsdisplays usw. entscheiden sich ebenfalls für großformatige 3D-Drucker, um die Produktion zu beschleunigen. Neben Geschwindigkeits- und Kostenvorteilen spielt auch die Software für computergestütztes Design (CAD) eine Rolle. Große Wirkung, es sind keine künstlichen Skulpturen oder sekundären Kreationen mehr erforderlich. Darüber hinaus steht eine große Auswahl an Materialien zur Verfügung, von ultraleichtem Schaumstoff bis hin zu extrem haltbarem, mit Kohlefaser gefülltem Nylon.
△Der Künstler bedeckt mit Gips eine 17-Fuß hohe 3D-gedruckte Nachbildung von Michelangelos David, die für die Expo 2020 Dubai nachgebaut wurde
●Dieser 17-Fuß große 3D-gedruckte David von Michelangelo wurde auf der Expo 2020 Dubai ausgestellt, um den Tourismus in Florenz zu fördern. Da es für einen ausreichend großen Polymer-3D-Drucker unmöglich ist, eine einzige Replik mit ultrafeinen Details herzustellen, wurde sie in 14 druckbare Teile geteilt und dann von Hand zusammengebaut, wobei die marmorierte Außenseite handbemalt wurde. Im Inneren des 3D-gedruckten David befindet sich eine Gitternetzstruktur, die dazu beiträgt, sein Gewicht bei nur 550 kg zu halten, aber dennoch die nötige Festigkeit aufweist, um ordnungsgemäß verpackt und versendet zu werden.
△Styles Werbetechnik aus Deutschland verwendet Tractus3D-Großformat-FDM-Drucker, um beleuchtete Schilderbuchstaben schneller als mit herkömmlichen Methoden zu produzieren
●Styles Werbetechnik, ein deutsches Schilderproduktionsunternehmen, hat sich für die groß angelegte 3D-Drucktechnologie zur Herstellung von Außenschildern entschieden. Das Unternehmen wollte nicht nur die Produktion beschleunigen, sondern auch die Briefherstellung im eigenen Haus durchführen, anstatt sich auf Standardbriefentwürfe ausländischer Hersteller zu verlassen. Das Unternehmen gibt an, dass der Einsatz des Polymer-FDM-Drucks unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten für die Herstellung konturierter Buchstaben bietet. Beispielsweise ist die Buchstabentiefe für beleuchtete Schilder bei herkömmlichen Methoden auf mindestens 60 mm begrenzt, kann beim 3D-Druck jedoch auf 30 mm reduziert werden. Sie können auch abends und am Wochenende laufen, was die Produktionszeiten verkürzt, da die 3D-Drucker während des Prozesses nicht gewartet werden müssen.
△Das Smithsonian Museum hat 120 lebensgroße Statuen weiblicher Führungskräfte im MINT-Bereich in 3D gedruckt
Im Jahr 2022 eröffnete die Smithsonian Institution in Washington, D.C. eine Ausstellung zu Ehren von Wissenschaftlerinnen, darunter 120 lebensgroße 3D-gedruckte Statuen. Unter dem Titel „IfThenSheCan – The Exhibit“ handelt es sich um die bisher größte Sammlung weiblicher Statuen, die jeweils mit FDM-Technologie gedruckt wurden.
Häuser und architektonische Elemente
Wenn es um groß angelegte 3D-Druckprojekte geht, sind Wohnbauprojekte natürlich unverzichtbar. Während nur wenige Gebäude ausschließlich 3D-gedruckt werden (oft sind strukturelle Stützen wie Stahlverstärkungen oder traditionelle Holzkonstruktionen erforderlich oder integriert), kann der 3D-Druck aufgrund seiner Geschwindigkeit, Arbeitsersparnis und strukturellen Haltbarkeit von Nutzen sein. Für Zuhause und Hotel. Der weltweite Markt für 3D-Druck im Bauwesen wird in den nächsten fünf Jahren voraussichtlich um fast 20 Prozent wachsen.
●Das zweistöckige Gebäude im Bild unten wurde gemeinsam von den Architektur- und Ingenieurbüros Hannah and Cive und Peri 3D Construction fertiggestellt, die 3D-Drucker zur Verfügung stellten. Das 4,{4}}Quadratfuß große Haus wurde an einen anonymen Bieter verkauft und die Fertigstellung wird insgesamt zwei Jahre dauern. Der Cobod Bod2-Portaldrucker von Peri, der führende Drucker in der 3D-Druckarchitektur, wird zum Extrudieren spezieller Betonmischungen zur Herstellung von Treppenhäusern und anderen funktionalen Strukturen verwendet. Für dieses Projekt wurden insgesamt 330 Stunden gedruckt.
Bild
△Das erste vollständig 3D-gedruckte zweistöckige Haus in den Vereinigten Staaten befindet sich in Houston
●Neben dem Bau von Gebäuden werden 3D-Drucker häufig für architektonische Elemente, einschließlich Fassaden und historische Elemente zur Restaurierung, sowie für die Innenarchitektur, einschließlich Wände, Displays und Raumteiler, eingesetzt. Es gibt sogar 3D-gedruckte Böden, 3D-gedruckte Brücken und 3D-gedruckte künstliche Korallenriffe. Beim Bau kommen nicht nur betonähnliche Materialien in Frage, auch Polymere spielen eine Rolle. Branch Technology ist auf großformatigen 3D-Druck mit Roboter-Polymer-Extrudern spezialisiert und schafft so alles von Skulpturen bis hin zu Weltraumhabitaten. Das innovative Bauplattensystem BranchClad eröffnet neue Möglichkeiten für Gebäudefassaden. Schauen Sie sich einfach die Mondoberfläche an, die auf der Betriebsseite des neuen Space Camps des US Space and Rocket Center installiert ist (unten). Die Fassaden wurden mithilfe digitaler Scans des Mondes erstellt und weisen eine erstaunliche Wiedergabetreue zur Mondoberfläche auf. Die Positivform des Mondmusters wurde 3D-gedruckt und anschließend mit einem Stuckmaterial bemalt.
Bild
△Die neue 3D-gedruckte Mondwand von Branch Technology wird an der Seite des neuen Weltraumlagerbetriebs des US Space and Rocket Center installiert
Industrie- und Metallteile
Bild
△Der Metall-3D-Drucker Stargate von Relativity Space
●Der Raketenhersteller Relativity Space behauptet, seine 3D-gedruckte Rakete Terran 1 sei die größte einzelne 3D-gedruckte Struktur aller Zeiten, sie sei 35,2 Meter hoch und habe einen Durchmesser von 2,3 Metern. Die nächste Generation der Rakete des Unternehmens, die Terran R, ist genauso groß. Beide werden mit dem Stargate 3D-Drucker des Unternehmens unter Verwendung der robotergesteuerten Energieabscheidungstechnologie 3D-gedruckt auf firmeneigenem Metall. Relativity Space sagte, dass die Fähigkeit der Rakete, den Belastungen beim Start standzuhalten, ein großer Gewinn sei und die strukturelle Integrität ihrer Metall-3D-Druckmethode demonstriere.
Bild
△Königin Maxima der Niederlande hat die MX3D-Metall-3D-Druckbrücke offiziell eröffnet.
●Die vom Labor von Joris Laarman entworfene Metallbrücke über den Amsterdamer Kanal wurde von MX3D mithilfe der additiven Fertigungstechnologie des Roboterbogens gedruckt. Die 12-Meter lange „intelligente Brücke“ aus Edelstahl verfügt über ein eingebettetes Sensornetzwerk, um Amsterdamer Forschern dabei zu helfen, die Rolle von IoT-Systemen in der gebauten Umwelt zu untersuchen. Die Struktur wurde mithilfe generativer Design- und Topologieoptimierungstechniken entwickelt und ist extrem leicht. Die MX3D-Brücke zeigt auch die Anwendung des 3D-Metalldrucks in Kunst und Skulptur.
●Unten ist ein weiteres MX3D-Druckwerk zu sehen, das von den Künstlern Mariagrazia Abbaldo und Paolo Albertelli im königlichen Garten von Turin, Italien, installiert wurde. Die 880 kg schwere Skulptur mit dem Namen „The Whale Passage“ zeigt die Flossen eines Wals, der vom Boden aus vorbeifliegt. Alle im Rahmen dieses Projekts hergestellten Modelle wurden 3D-gedruckt.
Bild
△ „Whale Pass“ wurde von Mariagrazia Abbaldo und Paolo Albertelli entworfen und von MX3D in 3D gedruckt
●Großer Metall-3D-Druck kann in vielen Branchen eingesetzt werden, wobei Unternehmen in der Schifffahrts-, Öl- und Gas- sowie Schwerbaumaschinenindustrie in der Lage sind, große Teile schneller und oft vor Ort zu produzieren. Beispielsweise wurde der unten abgebildete Schiffspropeller mithilfe der WAAM-Technologie in 3D gedruckt, um eine endkonturnahe Form zu erzeugen, die dann mit engeren Toleranzen bearbeitet wurde. In diesem Fall ersetzt WAAM das Schmieden und kann mit weniger Rohmaterial näher am Ort des Bedarfs erfolgen.
Bild
△Dieser Schiffspropeller ist eines der ersten Beispiele für die industrielle Anwendung der WAAM-Technologie
●Der 3D-Druck von Metall kann auch das Gewicht von Teilen reduzieren, da durch den 3D-Druck Formen erzeugt werden können, die durch Schmieden oder Gießen nicht erreicht werden können. Das Flugzeugfahrwerksteil (unten) mit den Maßen 455 x 295 x 805 mm ist nach Angaben des Druckerherstellers SLM Solutions das weltweit erste 3D-gedruckte Teil im Laser-Pulverbett-Schmelzverfahren. Das Teil ist nicht nur 15 Prozent leichter als herkömmliche Schmiedeteile, sondern die Technologie verkürzt auch die Durchlaufzeit. Da die Komponente Teil eines Systems ist, das Lasten von den Rädern auf die Flugzeugstruktur überträgt, besteht sie aus Festigkeitsgründen aus Titan. Die Wahl der Materialien verleiht dem Teil starke mechanische Eigenschaften und ist gleichzeitig korrosionsbeständig, ohne dass eine Beschichtung erforderlich ist. Gedruckt wird es mit einem Quad-Laser-SLM-800 3D-Drucker. „Die additive Fertigung hilft, in der Qualifizierungs- und Zertifizierungsphase Zeit zu sparen, indem Teile schnell zum Testen geliefert werden. Wir sind in der Lage, wichtige Komponenten innerhalb weniger Tage herzustellen, während der Schmiedeprozess mehrere Monate dauert.“
Bild
△3D-gedruckte vordere Fahrwerksteile für Privatjets
Der 3D-Druck großer Formen zum Gießen von Metallteilen ist eine wichtige Anwendung des großformatigen 3D-Drucks. Für industrielle Metallteile, die gegossen werden müssen, ist der Schritt der Formenherstellung mühsam und zeitaufwändig. Mit Sand-3D-Druckern können Hersteller Sandgussteile und Formen direkt in 3D drucken, ohne dass Modelle in Originalgröße erforderlich sind. Der VX4000 von Voxlejet ist der weltweit größte Sandguss-3D-Drucker und nutzt die Binder-Jetting-Technologie, um nicht nur riesige Formen, sondern Tausende davon in einem einzigen Druckvorgang herzustellen.
Bild
△Voxlejets VX4000-Drucker (Quelle: Voxeljet)
Möbel und Fahrzeuge
Bild
△Ein Stuhl, der in einem Stück mit einem WASP 3D-Drucker hergestellt wurde.
●Innenarchitekten entscheiden sich nach und nach auch für den großformatigen 3D-Druck, um komplexe Designs und die Verwendung einzigartiger Materialien zu realisieren. Polymere, insbesondere recycelte Kunststoffe, sind die am häufigsten verwendeten Materialien für 3D-gedruckte Möbel, aber auch Beton und Metall können verwendet werden. Dieser Schultisch in Kindergröße in Gambia (unten) ist ein Beispiel dafür, wie der 3D-Druck einem praktischen Bedarf gerecht wird. Dieses leichte und langlebige Design kann aus recyceltem Kunststoff hergestellt werden und löst so auch das Problem des Plastikmülls. Das Modell wurde auf einem Magnum 3D-Drucker bei The Industry Sweden aus PETG-Kunststoff gedruckt, der häufig in Getränkeflaschen verwendet wird.
Bild
△ Prototyp-Schreibtische zum Testen eines 3D-gedruckten Schulmöbelkonzepts in Gambia, möglicherweise unter Verwendung von recyceltem Kunststoff
●Es gibt unzählige Beispiele für wunderschöne 3D-gedruckte Stühle und Tische, darunter die schöne Kollektion von Couchtischen von NYXO Visionary Design (unten), die aus leichtem, geschäumtem PLA hergestellt und auf einem Colossus XS 3D-Drucker gedruckt wurden.
Bild
△Die Skulpturentischserie Primavera wurde vom in Dubai ansässigen Architektur- und Produktdesignbüro NYXO Visionary Design entworfen und mit ColorFabb PLA auf einem Colossus XS-Drucker gedruckt (Quelle: Colossus)
Das unten abgebildete 3D-gedruckte Boot mit einer Länge von 7,72 Metern geht als bisher größtes 3D-gedrucktes Boot und größtes physisch 3D-gedrucktes Objekt in das Guinness-Buch der Rekorde ein. Das Boot wurde 2019 vom Center for Advanced Structures and Composites der University of Maine gedruckt. Es besteht aus Kunststoff und Holzzellulose. Der 3D-Druck dauerte nur 72 Stunden und wiegt 2,2 Tonnen.
Bild
△Ein vollständig 3D-gedrucktes lebensgroßes Boot, hergestellt von der University of Maine
●Fahrradhersteller haben sich auch für die 3D-Drucktechnologie entschieden, um Schweißprobleme in ihrer Fertigungskette zu lösen. Ein einteiliger 3D-gedruckter Rahmen spart nicht nur Zeit, sondern ermöglicht auch neue Gestaltungsfreiheitsgrade, die nicht durch strukturelle Verbindungen eingeschränkt werden. Der Fahrradhersteller hat Modelle aus Titan-, Stahl- und Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt. Das unten abgebildete E-Bike mit Stahlrahmen von Urwahn wurde im Metall-3D-Druck in Massenproduktion hergestellt, um ein ausgewogenes Verhältnis von Form, Funktion, Leichtbau und Materialien zu erreichen. Spezielle Heckgummis lagern die Hinterräder und erzeugen einen neuartigen Fahrkomfort, während der Stahlrahmen Motor und Batterie integriert, so das Unternehmen.
Bild
△Urwahns 3D-gedrucktes Elektrofahrrad mit Stahlrahmen
Designtipps und Software für große Drucke
Bild
△Die 30-Fuß hohe 3D-gedruckte Statue besteht aus 365 einzelnen 3D-gedruckten Teilen und der Druck jedes Teils auf 55 3D-Druckern dauert 28 Stunden
Der einteilige 3D-Druck ist oft ideal, da dadurch Montagearbeit entfällt, die Produktion beschleunigt wird und die strukturelle Integrität verbessert wird, da keine Nähte oder Oberflächen vorhanden sind. Wenn das gedruckte Objekt jedoch so groß ist, dass Sie es in mehrere Teile aufteilen müssen, wie teilen Sie das Modell dann in 3D-Drucke auf?
●Um große 3D-Drucke fertigzustellen, können Sie das Modell direkt in CAD-Software (wie Fusion360 oder Solid Works) teilen. Dies hat den Vorteil, dass Sie einige Montage- und Ausrichtungshilfen wie Nägel, Unebenheiten und Rillen, Lippen usw. entwerfen können. oder Löcher und Schlitze;
●Wenn Sie nur große Objekte zusammenkleben oder Schrauben verwenden (nur für stärkere Materialien wie kohlenstofffaserverstärktes Nylon), können Sie den Spaltvorgang einem Slicer-Werkzeug wie Cura überlassen. Die Segmentierung erfolgt schnell und automatisiert mit den Mesh-Tools von Cura.
● Vermeiden Sie beim manuellen Segmentieren des digitalen Modells, direkt durch Detailbereiche oder Stützbereiche zu gehen. Vermeiden Sie Risse an der schwächsten Stelle des Designs.
Nämlich jene Bereiche, die deutlich dünner sind als der Rest des Modells.
Top-Großformat-3D-Drucker
Bild
△GEFERTEC Arc60x WAAM Metall-3D-Drucker (Quelle: Gefertec)
Wenn Sie mit einem 3D-Drucker Teile wie große Kunststoffteile, Requisiten und Schilder erstellen möchten, können Sie großformatige Filament-3D-Drucker verwenden, die im Wesentlichen mit Desktop-Filamentdruckern identisch sind. Einige Drucker können mit langlebigen Materialien in technischer Qualität drucken.
Wenn Sie größer werden möchten als die größten FDM-Drucker (plus 1.600 x 1.200 x 1.300), benötigen Sie einen Roboterarm-3D-Drucker, einen Roboterarm, an dessen Ende ein Extruderkopf angebracht ist. Sie können auf Schienen oder einem Hängeportal angebracht werden, so dass es theoretisch möglich ist, auf die Größe der verfügbaren Schienen zu drucken. Der Guinness-Weltrekord für den größten 3D-Drucker ist eine Portal-Extrusionskopfbaugruppe an der University of Maine, die 30,{9}} x 6.700 x 3,{13}} mm erreichen kann. Dieser Drucker steht jedoch nicht zum Verkauf. Ein weiterer Vorteil von Roboterarmdruckern besteht darin, dass sie häufig mit Polymeren in wirtschaftlicherer Pelletform drucken
Harz-3D-Drucke dürfen im Allgemeinen nicht größer als 1,000mm sein, mit wenigen Ausnahmen wie dem Kings 1700 Pro und dem 3D Systems ProX 950 aufgrund der extrem langen Druckzeiten. Harz braucht normalerweise länger als FDM.
Bild
△Mittelgroßer Beton-3D-Drucker zeichnet sich durch großformatige Kunstanwendungen aus
Beton-3D-Drucker sind ein boomender Markt, nicht nur für den Hausbau, sondern für jede Art von Betonschalung, Möbeln, Bauarbeiten und sogar für Pflanzentöpfe und Skulpturen. Der 3D-Druck sehr großer Metallteile wird häufig mit einer 3D-Drucktechnik mit gerichteter Energieabscheidung wie der additiven Fertigung mit elektrischem Lichtbogen (WAAM) erreicht. Bei diesen Methoden wird ein 3D-Druckkopf verwendet, der an einem Roboterarm montiert ist, der eine große Reichweite hat und nur durch die Größe des Arms begrenzt ist.
