Wie Sie die richtigen Materialien für die Hochschulbildung auswählen

3D-Druck hat das Potenzial, den Unterricht aufzuwerten. Dabei reichen die Anwendungen weit über den Maschinenbau hinaus. 3D-Druck bereitet Schüler und Studenten auf die Arbeitswelt vor, hilft bei der Festigung analytischer Fähigkeiten und entfesselt die Kreativität. Bevor Pädagogen von der Grundschule bis zur Universität den 3D-Druck für ihren Unterricht optimieren können, müssen sie sich zunächst selbst in das 3D-Druck-Ecosystem einarbeiten. Dies umfasst natürlich mehr als nur den Drucker. Es gilt, mehrere Faktoren zu berücksichtigen: 3D-Design, Hardware, Software und Materialien. Bei der großen Auswahl in unserer Materialbibliothek kann Formlabs gemeinsam mit jedem Pädagogen das perfekte Kunstharz für den jeweiligen Unterricht finden – ganz gleich, ob für den Präsenz- oder den Online-Unterricht. 

In diesem Beitrag gehen wir auf die Wahl des optimalen Materials ein. Dabei besprechen wir die folgenden Schritte:

• Zielsetzung für den 3D-Druck im Unterricht

• Die einzigartigen Eigenschaften der verschiedenen Kunstharze

• Anpassung der Kunstharze für den jeweiligen Lehrplan

Für die Integration des 3D-Drucks im Unterricht muss man zunächst einmal klare Ziele setzen sowie das erwartete Lernergebnis abstecken. Was sollen die Schüler und Studenten anhand von 3D-Druck erlernen? Grobe Ziele können z. B. bessere Modellierungs- und Fabrikationsfertigkeiten sein, das Lösen realweltlicher Probleme mittels 3D-Druck, Praxisübung in der Analyse auf Zeit- und Kosteneinsparungen, die bessere Einbindung digitaler Technologien und/oder die Anregung der Vorstellungskraft. Diese Ziele können dann noch weiter spezifiziert werden, zugeschnitten auf den jeweiligen Fachbereich. Anhand der sorgfältigen Bewertung, wie der 3D-Druck das Lernerlebnis verbessert, bauen Pädagogen jeder Fachrichtung ein solides 3D-Druckprogramm auf. 

3D-Druck hat sich schon lange im Maschinenbau bewiesen bei Anwendungen wie Halterungen und Vorrichtungen. Vieles davon lässt sich mit 3D-Druckeinbindung als Lernziel in den Maschinenbau-Lehrplan integrieren. Da die additive Fertigung von Natur aus mehr Gestaltungsfreiheit bietet als subtraktive Verfahren, lassen sich im Laufe eines Semesters mehr Themenbereiche abdecken und mehr Arbeiten erledigen. Das fördert eine berechnendere Denkweise seitens der Studenten und sorgt für praxisbetonteres Lernen. 

Auch in der Medizin glänzt der 3D-Druck. 3D-Druck spielt eine entscheidende Rolle bei der Ausbildung zukünftiger Ärzte und Krankenpfleger, da er sie mit realistischen Modellen auf wirkliche Operationen vorbereitet. 

Beispielsweise eignen sich einige Harze für experimentelle Anwendungen und Elastic Resin für die Prototypenentwicklung der Teile von Medizinprodukten. Außerdem simuliert Elastic Resin weiches Gewebe wie z. B. Haut. 

In der Kunst, im Design und in der Architektur hilft 3D-Druck den Studenten bei der Vorstellung neuer Möglichkeiten und erweckt selbige zum Leben. So können beispielsweise Kunstschmiede und Studenten der Metalltechnik mit CAD-Software verschiedene tragbare Schmuckstücke entwerfen oder Architekturstudenten hochdetaillierte physische Modelle konstruieren. Schmuckdesignerin und Formlabs-Botschafterin Jocelyn DeSisto nutzt den 3D-Druck beispielsweise, um Herausforderungen beim Design zu bewältigen. Ihr Schmuckunternehmen Lot28 produziert Stücke mit filigranen Oberflächendetails, die sich von Hand nur schwer umsetzen lassen. „Ähnlich wie bei einer Schablone beim Zeichnen kann ich bei der Erstellung eines 3D-Modells mehr Zeit in das Design stecken und dann ohne zeitintensive Handarbeit mehrere Iterationen drucken“, berichtet sie. 

Die verschiedenen Kunstharze haben jeweils einzigartige Charakteristiken. Keins ist wie das andere. Diese Charakteristiken sind auf unterschiedliche Bedürfnisse abgestimmt. Entscheiden Sie sich beispielsweise für Tough 2000 Resin bei der Prototypenentwicklung stabiler und belastbarer Teile, die sich nicht leicht verformen dürfen. Hier gehen wir auf eine Auswahl unserer Kunstharze ein und wie deren bezeichnende Eigenschaften die Lernergebnisse unterstützen.

Dieses Kunstharz ist perfekt zur Prototypenerstellung geeignet. Teile aus Draft Resin lassen sich drei- bis viermal schneller drucken als Teile aus anderen Standard-Kunstharzen. Das Material erhielt seinen Namen für die Fähigkeit, große Druckteile schnell drucken zu können und mehrere Designiterationen (im Englischen auch als „Drafts“ bezeichnet) an einem Tag zu ermöglichen. Bei einer Schichthöhe von 300 Mikrometern ist es genau genug für die Anforderungen der Prototypenfertigung und ermöglicht gleichzeitig schnellere Design-Iterationen.

Da es für das Rapid Prototyping entworfen wurde, ist Draft Resin ideal für Maschinenbaukurse, in denen die Studenten viel iterieren und testen müssen. Draft Resin gestaltet den Maschinenbauunterricht effizienter – Modelle benötigen statt zehn Druckstunden nur zwei. Der schnelle Druck mit Draft Resin macht dabei keine Abstriche in der Qualität.

Lance Winkel ist Hochschuldozent an der USC Viterbi School of Engineering und nutzt Draft Resin zur Beschleunigung der Ideenbildung bei den Projekten. Draft Resin hat sowohl Winkel als auch seinen Studenten schon viel Zeit gespart. „Draft Resin ist häufig bis zu viermal schneller beim Abschluss eines Drucks. Derselbe Form 2 hat vor Kurzem einen Druck aus Standard Grey Resin in 12 Stunden fertiggestellt“, erklärt Winkel. „Exakt dasselbe Layout, nur mit geringfügigen Anpassungen bei den Stützstrukturen für Draft Resin, wurde in knapp drei Stunden hergestellt! Das bedeutet, dass viermal so viele Projekte oder Iterationen vom selben Drucker in derselben Zeit abgeschlossen werden können. Das ist bahnbrechend!“

Elastic Resin ist das biegsamste aller technischen Kunstharze von Formlabs. Teile aus diesem Material ähneln in Aussehen und Eigenschaften einem Teil aus geformtem Silikon und sind robust genug, um mehreren Belastungszyklen standzuhalten. Elastic Resin ist weich und widerstandsfähig und Teil einer Kategorie, die als Elastomer-Materialien bezeichnet wird. Für gewöhnlich werden weiche Silikon- und Urethanteile für Anwendungen wie Wearables, medizinische Modelle, Roboterteile und Requisiten für Spezialeffekte mit Formen oder durch Outsourcing gefertigt. Mittlerweile sind einige weiche Materialien für den direkten 3D-Druck verfügbar, doch Teile aus diesen Kunstharzen halten oft nur einem oder zwei Zyklen stand und bieten nicht die Haptik, die von einem „silikonähnlichen“ Teil erwartet wird. Die Entwicklung weicher Kunstharze für die Stereolithografie (SLA) kann eine Herausforderung darstellen. Die Teile müssen äußerst elastisch und gleichzeitig fest genug sein, damit sie beim Druck nicht reißen – zwei Eigenschaften, die sich für gewöhnlich ausschließen.

Elastic Resin lässt sich leicht in den Unterricht medizinischer Fakultäten oder in Wissenschaftskurse integrieren. Im Gesundheitswesen dienen patientengenaue Anatomiemodelle zur Operationsvorbereitung. Medizinstudenten können sich so mit 3D-gedruckten Modellen auf ihr Berufsleben einstimmen. Die Lichtundurchlässigkeit von Elastic Resin hilft Studenten bei der Veranschaulichung interner Hohlräume und dank der Haltbarkeit des Materials müssen sie sich nicht darum sorgen, dass die Modelle kaputt gehen.

Tough 2000 Resin bildet steife und robuste Teile, die sich schwer biegen lassen. Dieses Material ist ideal für funktionale Teile wie Gehäuse und Umhausungen, Halterungen und Vorrichtungen, mechanische Verbindungen sowie Prototypen, die Verschleiß ausgesetzt sind.  

Tough 2000 Resin ist das stärkste und steifste Material unserer neu segmentierten Materialfamilie der Kunstharze Tough und Durable. Diese Kunstharze – Tough 2000 Resin, Tough 1500 Resin und Durable Resin – halten alle Kompression, Dehnung, Biegung und Schlagbelastung stand, ohne zu brechen. Sie lassen sich jedoch durch den Vergleich wichtiger Eigenschaften wie dem Modul klar voneinander unterscheiden. 

Dank seiner verbesserten Festigkeit, Steifigkeit und Dehnung ist Tough 2000 Resin optimal für den Unterricht im Produktdesign und im Maschinenbau, in welchem die Studenten funktionsfähige Teile erstellen müssen, die auch Belastungen widerstehen.

3D-Druck kann im Zentrum Ihres Lehrplans stehen oder als Werkzeug zur Vertiefung des Verständnisses dienen. Die Materialien spielen zweifelsohne eine entscheidende Rolle für die Einbindung des 3D-Drucks in den Lehrplan einer Hochschule. Pädagogen können auch mehr als ein Kunstharz oder eine Kombination verschiedener Harze nutzen, wie auch immer es dem Lernziel am zuträglichsten ist.