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3D-Drucker und 3D-Druckverfahren und -technologien

3D-Druck wird auch als additive Fertigung bezeichnet. Der Begriff beschreibt genau, wie die Technologie Objekte erzeugt. „Additiv“ bezieht sich auf das kontinuierliche Hinzufügen dünner Schichten von 16 bis 180 Mikrometern oder mehr, um ein Objekt zu schaffen. Tatsächlich ähneln sich alle 3D-Drucktechnologien in der Art und Weise, wie sie Objekte Schicht für Schicht aufbauen, um komplexe Formen zu erzeugen.

Wie funktioniert 3D-Druck?

Der erste Schritt besteht darin, die 3D-Datei des zu druckenden Objekts zu entwerfen, also vor dem Drucken vorzubereiten. Die 3D-Datei kann mit der CAD-Software 3D Scanner erstellt oder von Online-Märkten heruntergeladen werden. Nachdem Sie überprüft haben, ob die 3D-Datei zum Drucken bereit ist, können Sie mit dem zweiten Schritt fortfahren.

Der zweite Schritt ist der eigentliche Druckvorgang. Zunächst müssen Sie auswählen, welches Material die spezifischen Eigenschaften Ihres Objekts am besten erreicht. Die im 3D-Druck verwendeten Materialien sind sehr vielfältig. Dazu gehören Kunststoffe, Keramik, Harze, Metalle, Sand, Textilien, Biomaterialien, Glas, Lebensmittel und sogar Mondstaub! Die meisten dieser Materialien bieten auch eine breite Palette an Beschnittoptionen, sodass Sie genau die gewünschten Designergebnisse erzielen, während andere, wie z. B. Glas, noch als Materialien für den 3D-Druck entwickelt werden und noch nicht ohne weiteres verfügbar sind.

Der dritte Schritt besteht darin, den Prozess abzuschließen. Dieser Schritt erfordert spezielle Fähigkeiten und Materialien. Wenn ein Objekt zum ersten Mal gedruckt wird, kann es oft nicht direkt verwendet oder geliefert werden, es sei denn, es wird geschliffen, bemalt oder lackiert, um seinen beabsichtigten Zweck zu erfüllen.

Die für Ihr Projekt ausgewählten Materialien bestimmen die am besten geeignete Druckmethode. Nachfolgend werden die am häufigsten verwendeten Techniken für jede Materialgruppe vorgestellt.

Wenn Sie Kunststoff oder Aluminium verwenden möchten
· Fused Deposition Modeling (FDM)-Technologie: Da sie hauptsächlich von Einzelpersonen genutzt wird, ist sie ganz am Anfang auf den Markt gekommen. Aufgrund der großen Anzahl an Druckern auf dem Markt ist es wahrscheinlich die beliebteste Druckmethode. FDM ist im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien ein kostengünstiges 3D-Druckverfahren. Der Prozess funktioniert, indem das Material geschmolzen und durch eine Düse extrudiert wird, um einen Querschnitt jeder Schicht des Objekts auf einmal in 3D zu drucken. Das Bett wird mit jeder neuen Schicht abgesenkt und dieser Vorgang wiederholt, bis das Objekt fertig ist. Die Schichtdicke bestimmt die Qualität des 3D-Drucks. Einige FDM-3D-Drucker verfügen über zwei oder mehr Druckköpfe, die in mehreren Farben drucken können und die Unterstützung für Überhangbereiche für komplexe 3D-Drucke nutzen.

· SLS-Technologie: Lasersintern ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der Objekte durch das Zusammenschmelzen aufeinanderfolgender Pulverschichten hergestellt werden, um das Objekt zu bilden. Dieser Prozess trägt offensichtlich dazu bei, komplexe und ineinandergreifende Formen zu schaffen. Geeignet für Kunststoffe und Aluminide.

· Die Technologie, die Sie benötigen, ist die Photopolymerisation, eine Technologie, bei der ein lichtempfindliches Harz durch ultraviolettes Licht ausgehärtet wird. Es wird von verschiedenen 3D-Druckverfahren verwendet, wie zum Beispiel:

o Stereolithographie (SLA): Verwendet einen Behälter mit aushärtbarem Photopolymerharz. Die zusammengesetzten Platten werden in kleinen Schritten abgesenkt und das flüssige Polymer wird UV-Licht ausgesetzt, das Schicht für Schicht Querschnitte zeichnet. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis das Modell erstellt ist. Objekte können in 3D gedruckt werden, indem man sie aus dem Harz herauszieht (von unten nach oben), wodurch am Boden des Behälters Platz für ungehärtetes Harz entsteht, das dann die nächste Schicht des Objekts bilden kann. Eine andere Methode ist der 3D-Druck, bei dem das Objekt in einen Behälter gezogen und dann die nächste Schicht darüber verfestigt wird.

o Projektoren für die digitale Lichtverarbeitung (DLP) werden zum Aushärten von Photopolymerharzen verwendet. Dies ist der SLA-Methode sehr ähnlich, außer dass zum Aushärten des Photopolymerharzes eine Sicherheitslampe (Glühbirne) anstelle eines UV-Lasers verwendet wird. Objekte werden ähnlich wie bei SLA erstellt, indem das Objekt aus dem Harz herausgezogen wird, wodurch am Boden des Behälters Platz für ungehärtetes Harz entsteht, um die nächste Schicht des Objekts zu bilden, oder indem es in den Behälter hineingezogen wird und die nächste Schicht darüber aushärtet. Sculpteo nutzt die DLP-Technologie für den 3D-Druck von Silber und Messing. Zuerst drucken wir das Wachsmodell in 3D und verwenden dann die Technik des Wachsausschmelzens: Es wird eine Form hergestellt, um die herum das Wachs geschmolzen und mit Silber gefüllt wird, um das Objekt zu schaffen.

o Continuous Liquid Interface Generation (CLIP) funktioniert durch die Projektion einer kontinuierlichen Folge von UV-Bildern, die von einem digitalen Lichtprojektor erzeugt werden, durch ein sauerstoffdurchlässiges, UV-transparentes Fenster unter einem flüssigen Harzbad. Die über dem Fenster erzeugte Totzone hält die Flüssigkeitsschnittstelle unter dem Teil aufrecht. Ziehen Sie den ausgehärteten Teil oberhalb des Totraums aus dem Harzbad.

o MultiJet-Drucker: Ähnlich wie bei der Stereolithographie nutzen die hochwertigen 3D-Druckverfahren PolyJet und MultiJet UV-Licht, um Photopolymere zu vernetzen. Doch anstatt einen Laser zu scannen, um die Schichten zu verfestigen, stößt der Drucker winzige Photopolymertröpfchen (ähnlich der Tinte in einem Tintenstrahldrucker) in Form der ersten Schicht aus. Am Druckerkopf angebrachte UV-Lichter vernetzen das Polymer und fixieren die Form der Schichten. Anschließend wird die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt und weiteres Material direkt auf die vorherige Schicht aufgetragen.

Wenn Sie Metall verwenden möchten
o DLP kombiniert mit der Wachsausschmelzgusstechnologie ermöglicht den 3D-Druck von Objekten. Sculpteo nutzt die DLP-Technologie für den 3D-Druck von Silber und Messing. Zuerst drucken wir das Wachsmodell in 3D. Anschließend verwenden wir die Technik des Wachsausschmelzverfahrens: Um das Wachs herum wird eine Form erstellt, bevor es geschmolzen und mit Silber gefüllt wird, wodurch Ihr Objekt entsteht.

o Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) verwendet einen Laser als Energiequelle, um Metallpulver zu sintern, indem der Laser ausgerichtet und der Querschnitt des Objekts Schicht für Schicht nachgezeichnet wird. Das direkte Lasersintern von Metallen ähnelt dem selektiven Lasersinterverfahren.

o Beim Elektronenstrahlschmelzen (EBM) wird zum Schweißen von 3D-gedrucktem Metall ein Elektronenstrahl als Stromquelle anstelle eines Lasers verwendet. Der Elektronenstrahl schmilzt das Metallpulver Schicht für Schicht unter Hochvakuum und kann ein vollständiges Schmelzen des Metallpulvers erreichen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung hochdichter Metallteile, die die Eigenschaften des Materials bewahren.

o Binder Jetting ist beliebt, da Sie mit Farbe detaillierte 3D-Drucke erstellen können. Verwenden Sie eine automatisierte Walze, um eine Schicht Pulver auf der Bauplattform zu verteilen. Überschüssiges Pulver wird zur Seite gedrückt und sorgt dafür, dass das Bett mit einer Schicht Füllpulver gefüllt wird. Auf der schnellen Achse trägt der Druckkopf gleichzeitig flüssiges Bindemittel und Farbe auf, um einen Querschnitt des Objekts auf dem Pulver zu erzeugen.

o Selektive Abscheidungslaminierung ist ein 3D-Druckverfahren unter Verwendung von Papier. Dieser Prozess ähnelt der Rapid-Prototyping-Methode Layered Object Manufacturing (LOM). Bei dem Verfahren werden Schichten aus mit Klebstoff beschichtetem Papier (oder Kunststoff- oder Metalllaminat) verwendet, die wiederum mit beheizten Walzen zusammengeklebt und mit einem Laserschneider Schicht für Schicht geschnitten werden, um die Form zu erzeugen. Mit Material beladene Rollen bewegen jede neue Materialbahn zum letzten Stück und der Vorgang wird wiederholt, bis das Objekt fertig ist.

o Die im Stratasys Objet500 Connex3 verwendete Triple-Jet-Technologie (PolyJet) ist die fortschrittlichste Methode des PolyJet-3D-Drucks. Die Technologie führt einen präzisen Druck mit drei Materialien durch, sodass eine Dreifarbenmischung möglich ist. Weitere Informationen zu dieser Technologie finden Sie unter PolyJet und PolyJet

abschließend

Da sich der 3D-Druck ständig verändert, wächst auch die Liste der 3D-Drucktechnologien und -prozesse weiter. Die 3D-Druckindustrie entwickelt ihre Hardware sowie die Materialien und Prozesse, die zur Herstellung von Objekten oder Teilen verwendet werden, kontinuierlich weiter. Abhängig von vielen Faktoren wie Budget, Design oder Funktionalität ist es wichtig, das richtige 3D-Druckverfahren sowie die richtigen Materialien auszuwählen. Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung vieler verschiedener 3D-gedruckter Objekte, die bisher nur durch Massenproduktionsverfahren hergestellt wurden.

Online-3D-Druckdienste wie Sculpteo gibt es aufgrund der Komplexität, des Zeitaufwands und des Fachwissens, die für die Druck- und Zuschneideschritte erforderlich sind. Diese Komplexität mag Menschen davon abhalten, diese fantastische Technologie zu nutzen, aber bei Sculpteo möchten wir unser Wissen für alle nutzen, die den 3D-Druck ausprobieren möchten, um den Zugang zur additiven Fertigungstechnologie zu erweitern.

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