Wer wir sind

DeskTop Locomotive Works® widmet sich der Produktion von einzigartigen Bausätzen für Fahrzeugmodelle und Zubehör im industriellen 3D-Druck aus Kunststoffen. Unsere Modelle haben nicht den Anspruch, exakte Miniaturen existierender Vorbilder zu sein, sind aber an existierende Vorbilder angelehnt. Der Detaillierungsgrad ist an die Herstellungsverfahren angepasst und lässt sich durch im Handel erhältliche Zurüstteile weiter erhöhen. Für die Antriebe setzen wir auf Industrieprodukte, welche gute Fahreigenschaften bieten und günstig im Handel erhältlich sind, auch gebraucht. Wir bringen jahrelange Erfahrung in Großserien-Kunststoffspritzguss und 3D-Prototypenherstellung in die Konstruktion und Herstellung unserer Produkte ein.

Warum 3D-Druck im Modellbau

Der Modellbau-Markt hat sich in den vergangenen Jahren sehr stark gewandelt. Der Lebenszyklus von Produkten reduziert sich und die Produktionsmengen werden geringer. Klassische Großserien-Produktionstechniken wie Kunststoffspritzguss, sind wegen der erforderlichen Investitionen in Werkzeuge oft nicht mehr wirtschaftlich. Um dies auszugleichen, wenden sich viele Hersteller mit der Produktion und Werkzeugherstellung nach Osteuropa oder Fernost. Das löst die Problematik aber nur kurzfristig: Osteuropa hat die höchsten Lohnsteigerungsraten und in Fernost begibt man sich in die Abhängigkeit von wenigen großen Herstellern, die oft die Produktion nach Auftragsumfang priorisieren. Es bedarf also neuer Produktionstechniken, um den geänderten Marktanforderungen gerecht zu werden. 3D-Druck, oder additive Fertigung, wird ständig weiterentwickelt. Von der reinen Prototypenfertigung aus Anfang der 1980er Jahre sind mittlerweile schnelle Verfahren verfügbar, die qualitativ mit Kunststoffspritzguss vergleichbar sind, wodurch eine wirtschaftliche Produktion in niedrigen Stückzahlen bei gleichzeitig geringen Investitionskosten möglich wird.

Welche 3D-Druckverfahren gibt es

Prinzipiell werden derzeit nur 2 Gruppen an additiven Herstellungsverfahren für Kunststoffe breit angewandt: Aushärten durch Licht und Verschmelzen des Materials.

Aushärten durch Licht
Das Verfahren nennt sich Stereolithographie oder SLA. Es war das erste kommerziell genutzte 3D-Druckverfahren und kam im Jahr 1983 auf den Markt. Ein flüssiger, lichtaushärtender Kunststoff (Photopolymer), meistens Acrylharz, wird selektiv und schichtweise mit einem UV-Laser verfestigt. Nach Fertigstellung des Modells wird dieses mit UV-Licht komplett ausgehärtet.
Vorteile:
  • Die Schichten können sehr dünn ausfallen, ab 0,005 mm in der Mikro-STL-Technologie
  • Relativ scharfe Konturen
  • Es lassen sich sehr feine Details abbilden
Nachteile:
  • Das flüssige Material bietet keine Stützfunktion, so dass für Überhänge Stützstrukturen erforderlich sind, welche nach dem Druck mechanisch entfernt werden müssen
  • Geringe Materialauswahl
  • Das Material ist nach dem Aushärten spröde und damit bruchempfindlich
  • Das Material hat nur geringe UV-Licht Beständigkeit
Besonders der letzte Punkt ist ein absolutes K.O.-Kriterium für eine Produktion von Serienteilen. Durch UV-Licht werden bei SLA die Molekülketten des Kunststoffs vernetzt und damit das Material ausgehärtet. Durch erweiterte UV-Licht Bestrahlung werden SLA-Werkstoffe aber geschädigt, wodurch an den Bauteilen Verformung, Vergilbung und Brüchigkeit auftreten können. Da alle Lichtquellen außer LEDs UV-Licht emittieren, sind SLA-Teile nur im dunklen Schrank langfristig haltbar, was aber wohl nur selten den Kundenanforderungen entspricht. Leider wird nicht oder nur unzureichend auf die geringe UV-Licht Beständigkeit der Materialien hingewiesen, z.B. https://www.shapeways.com/materials/fine-detail-plastic, so dass man als Anbieter und Kunde leicht in diese Falle tappen kann. Eine Lackierung schützt die Bauteile nur bedingt; entweder die Schicht ist so dick, dass die Details abgedeckt werden, oder sie ist zu dünn und wird von den im Vergleich zum sichtbaren Licht energiereicheren UV-Strahlen durchdrungen. Grundsätzlich sind SLA-Bauteile nicht für langfristigen Gebrauch gedacht, siehe https://www.protolabs.de/ressourcen/design-tipps/3d-druck-werkstoffe-im-vergleich/. Dies entspricht nicht unserem Anspruch an qualitativ höchstwertige Produkte. Wir halten SLA für eine Produktherstellung als ungeeignet und bieten es deshalb nicht an.

Verschmelzen des Materials
Unter diesem Oberbegriff fallen mehrere Herstellungsverfahren:

Fused Layer Manufacturing (FLM)
Aufgeschmolzene Kunststofffäden werden neben- und übereinander angeordnet und dadurch schichtweise aufgebaut. Schichtdicken ab 0,1 mm sind üblich. Es ist das am weitesten verbreitete 3D-Druck-Verfahren. Material und Ausrüstung sind preiswert und dadurch auch für Hobby-Anwender erschwinglich, wobei industrielle FLM-Drucker auch schnell im fünfstelligen Preissegment liegen. Es lassen sich Materialquerschnitte ab ca. 1,5x1,5 mm prozesssicher herstellen, wobei Wandstärken ab 1 mm erreichbar sind. Prinzipbedingt sind Kanten nicht besonders scharf (abhängig von der Schichtdicke). Es sind viele verschiedene Materialien erhältlich, auch Compound-Materialien mit Holz- oder Carbonfasern. Der meisteingesetzte Werkstoff Polylactide (PLA) basiert auf Milchsäuren, ist biologisch abbaubar und industriell kompostierbar. Aufgrund der aktuellen Umweltproblematik („Mikroplastik“) wird die Bedeutung von PLA allgemein sehr stark ansteigen. Andere für FLM erhältliche Materialien wie ABS lassen sich nur schwieriger verarbeiten, so weist ABS eine deutlich höhere Schrumpfung als PLA auf. PLA ist sehr schwer löslich (bekannt ist Tetrahydrofuran - auf REACH-Liste, als krebserregend eingestuft!) und lässt sich mit Kontakt-, Hart- oder 2K-Klebern verkleben. FLM ist ein preisgünstiger Prozess mit preiswertem Material.
Vorteile:
  • Viele verschiedene Materialien und Materialfarben erhältlich
  • Es können mit entsprechender Ausrüstung mehrere Materialien gleichzeitig verarbeitet werden
  • Einfache Anwendung, auch für den Hobby-Bereich
  • PLA hat eine glatte, harte Oberfläche
  • PLA hat eine hohe UV-Licht Beständigkeit
Nachteile:
  • Relativ geringer Detailierungsgrad möglich
  • Geringe Maßhaltigkeit
  • Relativ geringe Festigkeit in Z-Richtung
  • Hohe Durchlaufzeiten
  • Empfindlicher und relativ instabiler Prozess. Verzug, einzelne lose Kunststofffäden sowie Oberflächendefekte sind häufige Fehlerbilder. Unterbrechungen in der Schicht (z.B. Ausschnitte in einer Wand) führen zu sichtbaren und maßlichen Veränderungen des Bauteils in dem Bereich des Ausschnitts
  • Fertige Bauteile müssen häufig nachgearbeitet werden
  • Sicht- und fühlbare Schichtstruktur. Ausgeprägte Treppenstruktur in Z-Richtung auf schiefen Ebenen
  • Bei Überhängen sind Stützstrukturen erforderlich, was Durchlaufzeit und Materialverbrauch erhöht. Sehr schlechte Oberfläche oberhalb der Stützstruktur
  • PLA hat nur eine geringe Temperaturbeständigkeit und sollte nicht Temperaturen von über 50°C ausgesetzt werden.

Selective Laser Sintering (SLS)
Kunststoffpulver (Korngröße 0,1 mm) wird an den Stellen, wo sich das Bauteil befindet, mit einem Laser verschmolzen. Dieses Verfahren wurde wenige Jahre nach STL auf den Markt gebracht. Als Material wird vorwiegend Polyamid12 eingesetzt, welches in verschiedenen Farben verfügbar ist. Es lassen sich Materialquerschnitte ab 1x1 mm prozesssicher herstellen, wobei Wandstärken von 0,7 mm erreichbar sind. Die Kantenschärfe hängt von der Korngröße ab. PA lässt sich mit Kontakt-, Hart- oder 2K-Klebern verkleben. Liegt preislich höher als FLM, ist dafür aber auch prozesssicherer.

Vorteile:
  • Gute Maßhaltigkeit
  • Es sind keine Stützstrukturen erforderlich, wodurch sich komplexe, auch hole Bauteile herstellen lassen
  • Relativ hohe Festigkeit (im Vergleich zum Kunststoffspritzguss ca. 80% in X/Y- und 40% in Z-Richtung)
  • Der Bauraum kann mit unterschiedlichen Bauteilen dreidimensional gefüllt werden
  • PA12 hat eine hohe UV-Licht Beständigkeit
  • PA12 lässt sich gut mechanisch bearbeiten
  • Relativ hohe Temperaturbeständigkeit, SLS Bauteile aus PA12 sollten nicht einer Temperatur von über 80°C ausgesetzt werden
Nachteile:
  • Die Oberfläche ist rau und nicht unbedingt besser als bei FLM. Sie lässt sich aber durch Nacharbeiten verbessern, wobei beachtet werden muss, dass dann Material abgetragen wird. Ausgeprägte Treppenstruktur in Z-Richtung auf schiefen Ebenen
  • Die Orientierung des Bauteils im Bauraum muss unter Beachtung der Z-Achse definiert werden, sonst kann es von Druck zu Druck zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen

Multi Jet Fusion (MJF)
Von Hewlett-Packard entwickelt, ist es seit 2017 auf dem Markt. Ähnlich wie bei SLS werden Schichten von Kunststoffpulver (Korngröße 0,06 mm) an den Stellen, wo sich das Bauteil befindet, verschmolzen. An den auszuhärtenden Stellen wird ein Aktivator aufgesprüht, danach wird das weiße Material und der schwarze Aktivator mit einer starken Halogenlampe bestrahlt. Da der Aktivator schwarz ist, erwärmen sich diese Bereiche stärker und verschmelzen. Das Aufsprühen des Aktivators erfolgt mit einem Druckkopf auf der gesamten Druckbettbreite, dadurch ist dieses Verfahren bis zu 10x schneller als SLS. Die Festigkeit der Bauteile ist mit Kunststoffspritzguss vergleichbar (ca. 90% in X/Y- und 70% in Z-Richtung). Es lassen sich Materialquerschnitte ab 0,8x0,8 mm prozesssicher herstellen, wobei Wandstärken von 0,4 mm erreichbar sind. Als Materialien stehen derzeit nur Polyamid12 (auch Glaskugel-verstärkt) und PA11 zur Verfügung. Auch hier hängt die Kantenschärfe von der Korngröße ab. PA12 lässt sich mit Kontakt-, Hart- oder 2K-Klebern verkleben. MJF ist vor allem wegen der hohen Geschwindigkeit und Teilefestigkeit eine echte Alternative zum Kunststoffspritzguss in Kleinserien.

Vorteile:
  • Sehr hohe Maßhaltigkeit und sehr geringer Verzug
  • Es sind keine Stützstrukturen erforderlich, wodurch sich komplexe, auch hole Bauteile herstellen lassen
  • Hohe Teilefestigkeit und Elastizität
  • Es lassen sich feine Details abbilden
  • Gleichmäßig samtige Oberflächenstruktur, welche sich durch einen relativ einfachen Nacharbeitsprozess weiter glätten lässt. Leichte Treppenstruktur auf schiefen Ebenen
  • Der Bauraum kann mit unterschiedlichen Bauteilen dreidimensional gefüllt werden, mit hoher Packungsdichte
  • Hohe Prozesssicherheit
  • PA12 hat eine hohe UV-Licht Beständigkeit
  • PA12 lässt sich gut mechanisch bearbeiten
  • Hohe Temperaturbeständigkeit, MJF Bauteile aus PA12 sollten nicht einer Temperatur von über 98°C ausgesetzt werden
Nachteile:
  • Teile können derzeit in größeren Stückzahlen nur in grau oder schwarz hergestellt werden. Es sind jedoch Drucker für die Kleinstserien- und Einzelteilfertigung erhältlich, welche im 5-Farb-Druck (c m y k w) nahezu das komplette Farbspektrum abdecken und mehrfarbige Teile möglich machen.

Oberflächen

Das Thema Oberflächen im 3D-Druck wird häufig und gerne diskutiert, was aber aus unserer Sicht wenig hilfreich ist. Der Begriff "gute Oberfläche" ist dehnbar und hängt viel vom persönlichen Empfinden ab. Kleinste Unebenheiten sind aber sichtbar, vor allem wenn die Oberfläche glänzend ist. In der Technik wird die Oberflächengüte meist über den Messwert ra angegeben. Dieser Wert gibt die mittlere Rauhtiefe über eine Messstrecke in Mikrometer an. Eine Oberfläche mit ra <0,2 gilt als poliert, die mittlere Rauhtiefe beträgt dann also < 2/10.000tel Millimeter. Solche Oberflächen sind derzeit für Kunststoffteile nur im Kunststoffspritzguss erreichbar, da hier das Material mit hohem Druck (bis zu mehreren 1000 bar) gegen eine polierte Fläche gepresst wird. 3D Druck arbeitet aber anders, hier wird Material ohne Druck aufeinander geschichtet. Für die Oberflächengüte ist die Schichtdicke oder Partikelgröße entscheidend. Als praktikabel haben sich > 0,05 mm oder 50 Mikrometer etabliert. Die sich ergebende Rauhtiefe ist im 3D Druck also etwa 100x größer als bei einer polierten Fläche. Eine Oberfläche aus dem 3D Druck kann somit nicht unbedingt als "gut" bezeichnet werden, im Vergleich zu substraktiven Verfahren (drehen, fräsen, schleifen, polieren) sind alle 3D Druckverfahren hinsichtlich Oberflächengüte derzeit noch weit weg.
Deshalb empfehlen wir, die Teile grundsätzlich matt zu lackieren, wodurch Unebenheiten nicht mehr leicht sichtbar sind. Soll die Oberfläche verbessert werden, so ist eine Nacharbeit z.B. mit einem Glasfaserradierer möglich.

Das beste Verfahren für die jeweilige Anwendung

Jedes Verfahren hat seine Vor- und Nachteile. Unser Standard-Prozess ist Multi Jet Fusion (MJF), welches derzeit am nächsten an Kunststoffspritzguss hinsichtlich Festigkeit, Materialquerschnitte und Detaillierungsgrad heran kommt. Auch bietet es derzeit die höchsten Produktionsgeschwindigkeiten aller 3D-Druck-Verfahren.
Aber auch vermeintlich „billiger“ FLM-Druck hat seine Daseinsberechtigung, da Material- und Herstellkosten durch die hohe Verbreitung niedrig sind. Das meist verwendete Material Polylactide (PLA) basiert nicht auf Erdöl, sondern auf Milchsäuren, ist biologisch abbaubar und industriell kompostierbar. Aufgrund der aktuellen Umweltproblematik (Stichwort „Mikroplastik“) wird die Bedeutung von PLA schnell zunehmen. In der Industrie wird FLM häufig neben der Prototypenherstellung zur preiswerten und schnellen Anfertigung von Produktionshilfen wie Teileaufnahmen und Greiferfinger für Roboter genutzt. Wir setzen es vorwiegend für nicht sichtbare Funktionsteile ein.
Als weiteres Verfahren bieten wir Selective Laser Sintering (SLS) an. Auch SLS setzen wir vorwiegend für nicht sichtbare Funktionsteile ein, welche sich mit FLM nicht herstellen lassen.

Überzeugen Sie sich von unseren Fähigkeiten und der Qualität unserer Produkte!

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