3D-Technologien

Wie genau funktioniert der 3D-Druck?

Wie genau funktioniert der 3D-Druck?

Der 3D-Druck ist eine äußerst vielseitige Produktionsmethode und Rapid Prototyping. In den letzten Jahrzehnten hat es in vielen Branchen auf der ganzen Welt Wellen geschlagen.

Der 3D-Druck gehört zu einer Familie von Fertigungstechnologien, die als additive Fertigung bezeichnet wird. Dies beschreibt die Erstellung eines Objekts durch schichtweises Hinzufügen von Material zum Objekt. Im Laufe seiner Geschichte wurde die additive Fertigung unter verschiedenen Namen geführt, darunter Stereolithographie, 3D-Schichtung und 3D-Druck. Der 3D-Druck ist jedoch der bekannteste.

Wie funktionieren 3D-Drucker?

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Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Der Prozess des 3D-Drucks beginnt mit der Erstellung eines grafischen Modells des zu druckenden Objekts. Diese werden normalerweise mit CAD-Softwarepaketen (Computer-Aided Design) entworfen. Dies kann der arbeitsintensivste Teil des Prozesses sein. Hierzu werden unter anderem TinkerCAD, Fusion360 und Sketchup verwendet.

Bei komplexen Produkten werden diese Modelle häufig in der Simulation ausgiebig auf mögliche Fehler im Endprodukt getestet. Wenn das zu druckende Objekt rein dekorativ ist, ist dies natürlich weniger wichtig.

Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks besteht darin, dass so ziemlich alles schnell prototypisiert werden kann. Die einzige wirkliche Einschränkung ist Ihre Vorstellungskraft.

Tatsächlich gibt es einige Objekte, die einfach zu komplex sind, um in traditionelleren Herstellungs- oder Prototyping-Prozessen wie CNC-Fräsen oder Formen hergestellt zu werden. Es ist auch viel billiger als viele andere traditionelle Herstellungsverfahren.

Nach dem Entwurf wird das Modell in der nächsten Phase digital geschnitten, um es zum Drucken zu bringen. Dies ist ein wichtiger Schritt, da ein 3D-Drucker ein 3D-Modell nicht auf die gleiche Weise wie Sie oder ich konzipieren kann. Der Schneidevorgang unterteilt das Modell in viele Ebenen. Das Design für jede Schicht wird dann an den Druckkopf gesendet, um in der richtigen Reihenfolge zu drucken oder abzulegen.

Der Schneidevorgang wird normalerweise mit einem speziellen Schneidprogramm wie CraftWare oder Astroprint abgeschlossen. Diese Slicer-Software übernimmt auch die "Füllung" des Modells, indem sie bei Bedarf eine Gitterstruktur in einem Volumenmodell für zusätzliche Stabilität erstellt.

Dies ist auch ein Bereich, in dem sich 3D-Drucker auszeichnen. Sie sind in der Lage, sehr starke Materialien mit sehr geringen Dichten durch strategisches Hinzufügen von Luftblasen im Endprodukt zu drucken.

Die Slicer-Software fügt bei Bedarf auch Support-Spalten hinzu. Diese sind erforderlich, da Kunststoff nicht in dünner Luft abgelegt werden kann und die Säulen dem Drucker helfen, die Lücken zu schließen. Diese Spalten werden später bei Bedarf entfernt.

Sobald das Slicer-Programm seine Wirkung entfaltet hat, werden die Daten für die letzte Phase an den Drucker gesendet.

Von hier aus übernimmt der 3D-Drucker selbst. Das Modell wird je nach verwendetem Druckertyp gemäß den spezifischen Anweisungen des Slicer-Programms mit unterschiedlichen Methoden ausgedruckt. Beispielsweise verwendet der direkte 3D-Druck eine Technologie ähnlich der Inkjet-Technologie, bei der sich die Düsen hin und her sowie auf und ab bewegen und dicke Wachse oder Kunststoffpolymere abgeben, die sich verfestigen, um jeden neuen Querschnitt des 3D-Objekts zu bilden. Bei der Multi-Jet-Modellierung werden Dutzende von Jets gleichzeitig verwendet, um eine schnellere Modellierung zu ermöglichen.

Beim Bindemittel-3D-Druck tragen die Tintenstrahldüsen ein feines trockenes Pulver und einen flüssigen Klebstoff oder Bindemittel auf, die zusammen jede gedruckte Schicht bilden. Binderdrucker machen zwei Durchgänge, um jede Schicht zu bilden. Der erste Durchgang lagert eine dünne Beschichtung des Pulvers ab, und der zweite Durchgang verwendet die Düsen, um das Bindemittel aufzutragen.

Bei der Photopolymerisation werden Tropfen eines flüssigen Kunststoffs einem Laserstrahl aus ultraviolettem Licht ausgesetzt, der die Flüssigkeit in einen Feststoff umwandelt.

Das Sintern ist eine weitere 3D-Drucktechnologie, bei der Partikel geschmolzen und miteinander verschmolzen werden, um jede aufeinanderfolgende Schicht zu drucken. Das damit verbundene selektive Lasersintern beruht auf einem Laser, um ein flammhemmendes Kunststoffpulver zu schmelzen, das sich dann verfestigt, um die gedruckte Schicht zu bilden. Das Sintern kann auch zum Bauen von Metallgegenständen verwendet werden.

Der 3D-Prozess kann je nach Größe und Komplexität des Projekts Stunden oder sogar Tage dauern.

"Es gibt einige schnellere Technologien, die in der Branche für Spritzer sorgen, wie den Carbon M1, bei dem Laser verwendet werden, die in ein Flüssigkeitsbett geschossen werden und den Druck herausziehen, wodurch der Prozess erheblich beschleunigt wird. Diese Art von Druckern ist jedoch um ein Vielfaches schneller kompliziert, viel teurer und bisher nur mit Kunststoff arbeiten. " - howtogeek.com.

Unabhängig davon, welcher 3D-Druckertyp verwendet wird, ist der gesamte Druckvorgang normalerweise der gleiche.

  • Schritt 1: Erstellen Sie ein 3D-Modell mit CAD-Software.
  • Schritt 2: Die CAD-Zeichnung wird in das Standardformat der Tessellationssprache (STL) konvertiert. Die meisten 3D-Drucker verwenden STL-Dateien zusätzlich zu anderen Dateitypen wie ZPR und ObjDF.
  • Schritt 3: Die STL-Datei wird an den Computer übertragen, der den 3D-Drucker steuert. Dort legt der Benutzer die Größe und Ausrichtung für den Druck fest.
  • Schritt 4: Der 3D-Drucker selbst ist eingerichtet. Jede Maschine hat ihre eigenen Anforderungen für die Einrichtung, z. B. das Nachfüllen der vom Drucker verwendeten Polymere, Bindemittel und anderen Verbrauchsmaterialien.
  • Schritt 5: Starten Sie die Maschine und warten Sie, bis der Build abgeschlossen ist. Die Maschine sollte während dieser Zeit regelmäßig überprüft werden, um sicherzustellen, dass keine Fehler vorliegen.
  • Schritt 6: Das gedruckte Objekt wird aus dem Gerät entfernt.
  • Schritt 7: Der letzte Schritt ist die Nachbearbeitung. Viele 3D-Drucker erfordern eine Nachbearbeitung, z. B. das Abbürsten von Pulverresten oder das Waschen des Druckobjekts, um wasserlösliche Träger zu entfernen. Das neue Objekt muss möglicherweise auch ausgehärtet werden.

Was kann ein 3D-Drucker machen?

Wie wir bereits gesehen haben, sind 3D-Drucker unglaublich vielseitig. Sie können theoretisch fast alles erschaffen, was Sie sich vorstellen können.

Sie sind jedoch durch die Art der Materialien, die sie für "Tinte" verwenden können, und durch ihre Größe begrenzt. Für sehr große Objekte, beispielsweise ein Haus, müssten Sie einzelne Teile drucken - oder einen sehr großen 3D-Drucker verwenden

3D-Drucker können in Kunststoff-, Beton-, Metall- und sogar Tierzellen drucken. Die meisten Drucker verwenden jedoch nur eine Materialart.

Einige interessante Beispiele für 3D-gedruckte Objekte umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein:

  • Prothesen und andere Körperteile
  • Häuser und andere Gebäude
  • Essen
  • Medizin
  • Feuerarme
  • Flüssige Strukturen
  • Glasprodukte
  • Acrylobjekte
  • Film Requisiten
  • Musikinstrumente
  • Kleidung
  • Medizinische Modelle und Geräte

Der 3D-Druck findet eindeutig Anwendung in vielen Branchen.

Was sind einige Arten von 3D-Drucksoftware?

Verschiedene CAD-Software verwendet eine Vielzahl von Dateiformaten, einige der häufigsten sind jedoch:

  • STL - Standard Tessellation Language oder STL ist ein 3D-Rendering-Format, das normalerweise nur eine einzige Farbe verarbeiten kann. Dies ist normalerweise das Dateiformat, das die meisten Desktop-3D-Drucker verwenden.
  • VRML - Virtual Reality Modeling Language, VRML-Datei ist ein neueres Dateiformat. Diese werden normalerweise für Drucker mit mehr als einem Extruder verwendet und können mehrfarbige Modelle erstellen.
  • AMF - Additive Manufacturing-Dateiformat, dies ist ein auf XML basierender offener Standard für den 3D-Druck. Es können auch mehrere Farben unterstützt werden.
  • GCode - GCode ist ein weiteres Dateiformat, das detaillierte Anweisungen für den 3D-Drucker zum Ablegen der einzelnen Slices enthalten kann.
  • Andere Formate - Andere Hersteller von 3D-Druckern haben ebenfalls eigene Dateiformate.

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks?

Wie bereits oben erwähnt, kann der 3D-Druck gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren wie Spritzguss oder CNC-Fräsen verschiedene Vorteile haben.

Der 3D-Druck ist eher ein additiver als ein subtraktiver Prozess wie das CNC-Fräsen. Der 3D-Druck baut die Dinge Schicht für Schicht auf, während der spätere nach und nach Material aus einem festen Block entfernt, um ein Produkt zu erstellen. Dies bedeutet, dass der 3D-Druck in einigen Fällen ressourceneffizienter sein kann als die CNC.

Ein weiteres Beispiel für traditionelle Herstellungsverfahren, das Spritzgießen, eignet sich hervorragend zur Herstellung vieler Objekte in großen Mengen. Während es zum Erstellen von Prototypen verwendet werden kann, eignet sich das Spritzgießen am besten für die Massenproduktion von zugelassenen Produktdesigns in großem Maßstab. Der 3D-Druck eignet sich jedoch besser für kleine, begrenzte Auflagen oder Prototypen.

Je nach Verwendung bietet der 3D-Druck einige andere Vorteile gegenüber anderen Produktionsprozessen. Dazu gehören, ohne darauf beschränkt zu sein:

  • Schnellere Produktion - Der 3D-Druck ist zwar manchmal langsam, kann aber schneller sein als einige herkömmliche Verfahren wie Spritzguss und subtraktive Produktion.
  • Leicht zugänglich - Der 3D-Druck gibt es bereits seit einigen Jahrzehnten und ist seit etwa 2010 explodiert. Mittlerweile gibt es eine Vielzahl von Druckern und Softwarepaketen (viele davon sind Open Source), mit denen fast jeder leicht lernen kann, wie man das macht.
  • Produkte von besserer Qualität - 3D-Druck sorgt für eine gleichbleibende Produktqualität. Solange das Modell genau und zweckmäßig ist und derselbe Druckertyp verwendet wird, hat das Endprodukt normalerweise immer die gleiche Qualität.
  • Ideal für Design- und Produkttests - 3D-Druck ist eines der besten Werkzeuge für Produktdesign und -tests. Es bietet die Möglichkeit, Modelle zu entwerfen und zu testen, um eine einfache Verfeinerung zu ermöglichen.
  • Kosteneffizient - 3D-Druck kann, wie wir gesehen haben, ein kostengünstiges Produktionsmittel sein. Sobald das Modell erstellt ist, wird der Prozess normalerweise automatisiert, und der Rohstoffabfall ist in der Regel begrenzt.
  • Produktdesigns sind nahezu unendlich - Die Möglichkeiten des 3D-Drucks sind nahezu unbegrenzt. Solange es in CAD entworfen werden kann und der Drucker groß genug ist, um es zu drucken, ist der Himmel die Grenze.
  • 3D-Drucker können mit verschiedenen Materialien drucken - Einige 3D-Drucker können tatsächlich Materialien mischen oder zwischen diesen wechseln. Beim herkömmlichen Druck kann dies schwierig und teuer sein.


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