Die meisten Menschen haben schon vom 3D-Druck gehört und vielleicht sogar darüber nachgedacht, ihrer Cousine an ihrem Geburtstag einen zu kaufen. Aber was genau ist es?
3D-Drucker sind eine aufregende neue Technologie in der Fertigung. Sie wurden ursprünglich erfunden, um Labors bei der Erstellung von Prototypen verschiedener Werkzeuge und Produkte zu unterstützen, die sie entwickelten. Es war eine schnelle Möglichkeit, Prototypen oder Artikel in verschiedenen Bereichen wie Luftfahrt oder Medizin zu erstellen, zu testen und herzustellen.
Nachdem die Patente für einige dieser Technologien abgelaufen waren, begannen die Unternehmen mit der Vermarktung kommerzieller Versionen. Jedes Labor, jede Werkstatt oder jeder Einzelne könnte diese Technologie jetzt in die Hände bekommen. Dies machte eine große Produktionskapazität für jedermann zugänglich.
Heutzutage gibt es viele verschiedene Modelle von 3D-Druckern. Die Technologie erweitert ihre Funktion, da immer mehr Menschen darauf zugreifen. Es gibt sogar 3D-Stifte!
Obwohl wohl zu sehen ist, dass es eine verwirrende Vielfalt an unterschiedlichen Druckverfahren gibt, haben sie doch alle einige Gemeinsamkeiten.
Ein 3D-Drucker ist ein computergesteuertes Gerät, das bestimmte Materialien zu einem festen, dreidimensionalen Objekt schichtet. Jedes Objekt wird zunächst digital entworfen. Das Design wird dann auf den Computer übertragen. Der Rest des Prozesses ist automatisiert.
3D-Druck, bekannt als additive Fertigung (AM). 3D-Drucker waren lange Zeit nur dazu gedacht, Prototypen zu entwerfen und herzustellen. Ein Prototyp ist einfach ein grober Entwurf oder eine Skizze eines Endprodukts, das für Tests und Vorschläge verwendet wird. Eine Massenproduktion bestimmter Produkte kam nicht in Frage.
Der 3D-Druck ist jedoch zu einer attraktiven Möglichkeit geworden, bestimmte Produkte herzustellen. Ein 3D-Drucker macht die Herstellung für den Durchschnittsbürger einfach. Es ermöglicht jedoch seriösen Herstellern, komplexe Teile zu erstellen und zu produzieren. Herkömmliche Metallbearbeitung und Kunststoffe sind dieser Komplexität nicht gewachsen.
Der 3D-Druck wird voraussichtlich einen großen Einfluss auf die Zukunft der Fertigung und Technologie haben.
Die Geschichte Des 3D-Drucks
Wie bei vielen Erfindungen im Laufe der Geschichte bereiteten sich Kultur und Gesellschaft darauf vor, mit der Erfindung des 3D-Drucks zu beginnen. Diese Technologie war aufgrund der Verfügbarkeit von Lasertechnologie, der Nachfrage nach kundenspezifischen Teilen und Prototypen und anderen Faktoren möglich.
Französische und japanische Wissenschaftler experimentierten mit duroplastischen Polymeren, einem 3D-Drucker auf Harzbasis. Diese sind der Stereolithographie (oder Digital Light Processing) sehr ähnlich, über die Sie später lesen werden.
Ein Amerikaner namens Chuck Hull meldete das erste Patent für ein 3D-Druckverfahren an. Die Stereolithographie war sein erstes Rapid-Prototyping-Verfahren. Hull war ausschlaggebend für die Entwicklung anderer Funktionen, die für andere Arten des 3D-Drucks unerlässlich werden würden, insbesondere das superkleine digitale Slicen jedes zu druckenden Objekts.
Von dort aus verbreitete sich die Technologie und wurde patentiert und vermarktet.
Es kann schwierig sein, den richtigen 3D-Drucker für Sie auszuwählen, wenn Sie sich mit dem 3D-Druck beschäftigen. Sie unterscheiden sich in Kosten, Materialien, Ergebnissen und Fähigkeiten. Wie fängst du an? Um Ihnen zu helfen, sich in der komplexen Welt des 3D-Drucks zurechtzufinden, werfen wir einen Blick auf fünf Arten von 3D-Druckern und ihre Funktionen.
Die gängigsten Drucker auf dem heutigen Markt sind diejenigen, die Material durch eine Düse extrudieren . Extrudieren ist ein seltenes Wort. Es bedeutet einfach Auspressen.
Wie Es Funktioniert
Materialextrusionsdrucker können einen Kunststoff herstellen, der schmilzt und wieder abkühlt (bekannt als Thermodruck ). Dies geschieht durch Einleiten durch eine Düse. Das Material ist zunächst fest, erwärmt sich aber beim Auspressen zu einer klebstoffartigen Substanz. Dem Design folgt die Düse, die sehr dünne Materialschichten erzeugt.
Beim Abkühlen der Schichten verfestigt sich das Material und es entsteht ein dreidimensionales Objekt. Da die Struktur schief oder kopflastig ist, umfasst das Designprogramm auch temporäre Stützstrukturen, die gedruckt werden können. Diese werden entfernt, nachdem der Druck beendet ist.
Ein einzelner Druck kann viele Stunden, manchmal sogar Tage dauern. Die Materialextruderdrucker sind langsamer als einige der anderen Prozesse, die wir besprechen werden. Aber bis es fertig ist, haben Sie sich ein Druckobjekt besorgt!
Fused Deposition Modeling
Die meisten Leute, die 3D-Drucker kaufen, kaufen am Ende einen Fused Deposition Modeling (FDM), den gängigsten Materialextrusionsdrucker. Diese sind auch als Fused Filament Fabrication (FFF)-Drucker bekannt. Dieser Druckertyp ist aufgrund seiner einfachen Technik am weitesten verbreitet.
Diese sind so verbreitet und erschwinglich geworden, dass sie informell als Desktop-Drucker bezeichnet werden. Ein Beispieldrucker zum Verkauf: der kindgerechte XYZ Printing Da Vinci Mini, der bei einigen Druckern die Art des Filaments oder Kunststoffeinsatzes beim Hersteller des Druckers kaufen muss.
Was Ist Seine Funktion?
Der Erfinder des FDM, Stratasys, bietet Unternehmen, die sich mit der 3D-Fertigung beschäftigen, einen umfassenden Fertigungsservice. Sie stellen Autoteile für erstklassige Autounternehmen, Hersteller von Bauwerkzeugen und sogar Spielzeug wie LEGOS her.
Aber aufgrund der einfacheren Natur dieser Drucker können Bastler mit einem FDM fast alles machen, was sie wollen, solange sie das Design haben. FDM-Drucker waren bisher die erfolgreichsten auf dem Markt. Sie sind der Schlüssel zur Zukunft der additiven Fertigung.
Die zweite Art der additiven Fertigung ist die Wannenpolymerisation. Anstatt einfach ein Thermoplast zu erhitzen und wie eine Tube Zahnpasta auf die Arbeitsfläche zu drücken, wird bei diesem Verfahren ein Laser mit Harz verwendet. Die Wannenpolymerisation war die erste Art des patentierten 3D-Drucks.
Wie Es Funktioniert
Bei der Küpenpolymerisation wird Licht verwendet, um Polymere reagieren und verfestigen zu lassen. Anstatt Thermoplaste wie bei einem FDM durch eine Düse zu schichten, verwendet die Polymerisation einen schnellen Prozess zur Verfestigung von Polymeren durch den Einsatz von Lasern und LED- oder UV-Lampen.
Zwei Arten von Druckern polymerisieren in einem Topf: die Stereolithographie (SLA) und die digitalen Lichtprozessoren (DLP).
Stereolithographie
Bei der Stereolithographie fokussiert ein Laser seinen Strahl auf eine Reihe von Spiegeln, die als Galvanometer oder kurz Galvos bezeichnet werden. Dieser hyperfokussierte Strahl wird dann von den Spiegeln in ein Wannenharz reflektiert.
Wenn die Galvos den Laser auf das Harz fokussieren, härtet das Harz zu einer festen Form aus. Das FDM ist insofern ähnlich, als das Objekt Punkt-zu-Punkt aushärtet, genau wie eine Person, die es mit einem Stift zeichnet. Aber der Laser wird von einem automatischen Mechanismus gesteuert, der ihn viel schneller macht als eine menschliche Hand! Die Spiegel reflektieren den Laser zusammen mit einer x- und y-Achse und erzeugen so einen Querschnitt für das Objekt.
Digitale Lichtverarbeitung
Bei DLP ersetzen Sie den Laser durch eine Lampe. Dadurch entsteht ein Vorteil. Anstatt die Schichten wie bei der Stereolithographie punktweise nachzeichnen zu müssen, projiziert das Licht die Formen der Schichten in einem Blitz. Diese Methode ist viel schneller und spart viel Zeit.
Das LED- oder UV-Licht lässt quadratische Pixel, sogenannte Voxel, aufblitzen, und das Design für jede Schicht härtet in das Harz ein. Jede Schicht wird verfestigt und das Objekt hebt sich, um mehr Harz darunter fließen zu lassen. Es fällt dann wieder nach unten, damit die nächste Harzschicht aushärten kann.
Wie Sie sich vielleicht erinnern, benötigte der FDM-Drucker Stützstrukturen, um sicherzustellen, dass der Druck nicht verzerrt wurde. Dasselbe gilt für SLA- und DLP-Drucker.
Auf Dem Markt
Da der Betrieb von SLA- und DLP-Druckern schwieriger ist als beim FDP, sind die Gesamtkosten etwas höher und weniger zu kaufen. Viele Juweliergeschäfte und Dentallabore kaufen eigene SLA-Drucker.
Ein Beispiel für einen Drucker auf Harzbasis der unteren Preisklasse ist der Moai Peopoly for You. Gehen Sie nicht einfach los und kaufen Sie einen davon, es sei denn, Sie meinen es ernst! Dieses Modell wurde mithilfe einer Kickstarter-Kampagne entwickelt und ist als optionales Do-It-Yourself-Kit erhältlich.
Was Ist Seine Funktion?
Eines der markantesten Merkmale von SLA-produzierten Objekten ist die Isotropie. Das bedeutet einfach, dass jede Schicht die gleiche Harzmenge hat, was dem Objekt bestimmte Eigenschaften verleiht. Isotropie kann bei der Verwendung als Teile zu Wasserdichtigkeit und vorhersagbarer Leistung beitragen. Mit anderen Worten, der stereolithografische Druck ergibt ein gut ausgewogenes Objekt.
Aufgrund dieser hervorragenden Wasserdichtigkeit finden Sie möglicherweise eine Kaffeemaschine oder einen anderen Flüssigkeitsbehälter, der mit Stereolithographie hergestellt wird.
DLP und SLA sind beide dafür bekannt, unter den verschiedenen Verfahren des 3D-Drucks das beste Finish zu erzielen. Das Ergebnis ist schön anzusehen und glänzend: ein wirklich fertiges Produkt. Das Unternehmen Gillette verwendet SLA-Druck, um einige seiner eleganten Rasiermesser herzustellen!
Jetzt, da wir Thermoplast -Extruder und Polymerisatoren auf Harzbasis abgedeckt haben, was kommt als nächstes? Ah! Die Powder Bed Fusion-Drucker. Es gibt vier unterschiedliche Arten dieses Druckertyps, aber alle haben den gleichen Druckmodus.
Wie Es Funktioniert
Obwohl die Methode und das Material des Pulverbettschmelzdrucks unterschiedlich sein können, verwenden sie alle Wärme oder Licht, um Pulverpartikel innerhalb eines bestimmten Bereichs zu verschmelzen.
Diese Drucker sehen DLP und seinem Licht sehr ähnlich. Das DLP blitzt auf das Harz auf und härtet einen Teil davon aus, um die Schicht des Objekts zu bilden. Anstatt Harz zu verwenden, blitzt die Wärmequelle auf die Pulverpartikel. Diese Partikel werden bis knapp unter den Schmelzpunkt der Substanzen erhitzt.
Die Nachbeschichtungsklinge bewegt das Pulver dünn über den Baubereich. Schließlich lässt die Wärmequelle das Design aufblitzen. Dadurch werden die Partikel verschmolzen.
Unmittelbar danach schiebt die Wiederbeschichtungsklinge eine neue Pulverschicht auf den Baubereich und der Vorgang wiederholt sich. Anstatt mit einem Thermoplast von Punkt zu Punkt wie bei FDM oder mit Licht auf das Harz zu schichten, verschmelzen diese Drucker Pulverpartikel.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass keine Stützstrukturen erforderlich sind. Stattdessen umgibt das nicht mit dem Objekt verschmolzene Pulver weiterhin die verschmolzenen Teile. Nachdem das Stück fertig ist, können Sie es einfach aus dem Puder ziehen und abreiben. Sie sparen Material, weil Sie keine Stützstrukturen herstellen müssen.
Die Verschiedenen Fusionstypen
Selektives Lasersintern ist der beliebtere Schmelzdruck. Dieser Prozess verwendet SLA-ähnliche Polymere. Sintern bedeutet nur, dass ein Feststoff verschmolzen wird, ohne zu einer Flüssigkeit zu schmelzen. Obwohl dieses Druckverfahren teurer ist, sind SLS-Teile stärker und können in Form und Größe komplex sein. Es dauert etwas länger als Ihr normaler SLA-Prozess.
Sie können auch einen Powder Bed Fusion-Drucker mit Metallen verwenden! Die meisten Menschen glauben nicht, dass man Metall in 3D drucken kann, aber dies ist möglicherweise die bedeutendste Veränderung, die der 3D-Druck in der Fertigung bewirkt hat. Teile, die nur in einer Metallfabrik hätten hergestellt werden können, können jetzt von einem kleinen Mechaniker eingestellt oder gebaut werden.
Einige Fusionsdrucker verwenden Legierungen und andere Elemente. Dies ist der Hauptunterschied zwischen den Direct Metal Layer Sintering (DMLS)-Druckern und den Selective Layer Melting (SLM)-Druckern. Der SLM-Drucker schmilzt das Metallpulver, während ein DMLS-Druck lediglich Moleküle verschmilzt. SLM-gedruckte Metallobjekte haben dann im Gegensatz zu DMLS eine einzige Schmelztemperatur.
Der letzte Fusionstyp wird als Elektronenstrahlschmelzdrucker (EBM) bezeichnet. Dabei wird ein intensiver Strahl verwendet, um das Teil schneller herzustellen. Die Stärke des Balkens ermöglicht größere Teile.
Der Markt
Powder Fusion Bed-Drucker produzieren langlebige, robuste Teile für Schwerlastindustrien wie die Luft- und Raumfahrttechnik und Autos. Besonders die Metal-Fusion-Drucker schaffen die härtesten Gegenstände. Aus diesem Grund können Sie davon ausgehen, dass die DMLS-, SLM- und EBM-Drucker die teuersten Drucker sind, die Sie finden können.
Der ProX DMP300 ist ein Beispiel. Diese Maschinen sind nicht billig. Diese Preisspanne wird es dem Bastler in nächster Zeit nicht leicht machen, seine Metallteile herzustellen. Aber schwerere Industrien scheinen ihre Abhängigkeit von 3D-Metalldruckern zu erhöhen, was eine drastische Abkehr von der traditionellen Metallbearbeitung darstellt.
Der Jetting-Drucker ist ein 3D-Drucker, der sich sehr ähnlich wie ein Papierdrucker verhält. Es gibt viele Arten. Zwei sind Materialstrahldrucker und die anderen Binderstrahldrucker .
Materialstrahlen (MJ).
Der spezielle Ansatz des Material Jetting-Druckers besteht darin, Material auf eine Platte zu tropfen, wo es zu einer Objektschicht aushärtet. Der normale MJ tropft lichtempfindliche Kunststoffmere auf die Platte. Beim Auftreffen des Lichts verfestigt es sich und bildet den Schichtaufbau.
Der MJ funktioniert genau wie ein Tintenstrahldrucker, der Farbstoffe auf Papier verwendet, um ein Dokument zu drucken. Anstelle von Tinte fallen Photopolymere heraus. Dies steht aufgrund seiner zeilenweisen Ausrichtung im Gegensatz zu den meisten anderen 3D-Druckern. Ein MJ lässt Polymere zeilenweise anstatt punkt- oder blitzweise fallen. Dies ermöglicht Geschwindigkeit und in Grenzen sogar mehrere Objekte gleichzeitig zu schichten.
Drop-on-Demand (DOD)
Die von DODs verwendete Technologie ist der von MJs sehr ähnlich. Tropfen von Polymeren werden verwendet, um die Struktur aufzubauen. Die Substanz wird dann durch den Laser lichtgehärtet. DOD-Drucker haben jedoch zwei unterschiedliche Tintenstrahldüsen: eine zum Tropfen für den Aufbau, eine andere zum Tropfen für Stützstrukturen. Das DOD hat auch einen Fly-Cutter, der die Oberseite jeder Schicht abkratzt, nachdem sie fallen gelassen wurde.
Sandbindemittelstrahlen
Das Binder-Jetting unterscheidet sich vom Material-Jetting. Wo Material Jetting das aushärtende Material selbst auf eine Kartonplatte tropft, verhält sich das Binder Jetting eher wie das SLS. Beim SLS sintert die Wärmequelle das Pulver auf der Baufläche. Die gleiche Aktion geschieht beim Binder Jetting; nur statt zu sintern, wird ein Bindemittel auf die darunter liegende Pulverschicht getropft.
Das Bindemittel erzeugt beim Fallen die Struktur. Nachdem jede Schicht gedruckt wurde, senkt sich der Baubereich, damit eine neue ungehärtete Pulverschicht darüber bewegt werden kann.
Ein Sand Binder Jetting-Drucker kann verwendet werden, um die Kosten niedrig zu halten. Ein Objekt aus Sand ist ein mögliches Ergebnis. Dies ist ideal für eine metallverarbeitende Fabrik, die Abgüsse herstellen möchte. Sobald Sie den Guss mit dem 3D-Drucker hergestellt haben, können Sie Ihr geschmolzenes Metall hineingießen, aushärten lassen und dann den Sandguss abbrechen.
Spritzen Von Metallbindern
Der Metal Binder Jetting-Drucker ist dasselbe, verwendet jedoch Metalltröpfchen. Sie sind mit dem Drucken des Objekts noch nicht fertig, nachdem Sie es gedruckt haben. Um das Bindemittel abzubrennen, müssen Sie das bedruckte Objekt in einen Ofen legen. Da aber noch Luftlöcher im Objekt sind, muss man es mit Bronze füllen. Dadurch erhält das Metall eine bessere Dichte.
Diese Methode zum Bedrucken von Metall mit einem Drucker ist weniger stark als die Powder Bed Fusion-Drucker.
Was Ist Seine Funktion?
Die faszinierendste Funktion eines Binder-Jetting-3D-Druckers ist die Fähigkeit, Pillen herzustellen.
2015 genehmigte die FDA die erste 3D-gedruckte Pille. Da 3D-Drucker in der Lage sind, einzigartige Geometrien herzustellen und von Pharmaunternehmen zur Herstellung besonders poröser Pillen verwendet werden können, ermöglicht dies eine effektivere Dosierung in einer einzigen Pille.
Die Düsen des Druckers setzen Bindemittel frei, um Pillen herzustellen. Welcher 3D-Drucker kann nicht drucken?
Der Laminierungsdrucker ist unser letzter 3D-Drucker. Die Grundidee eines LOM-Druckers besteht darin, Blätter aus beliebigem Material zu nehmen, sie in Schichten zu schneiden und sie dann zu stapeln. Ein einfacher Klebstoff hält die Schichten normalerweise zusammen. Das gängigste Material für LOM ist Papier.
Dieses laminierte Papier hat tatsächlich einige ähnliche Eigenschaften wie Holz. Sie können es auf die gleiche Weise schleifen und schneiden.
Diese Art des 3D-Drucks ist wahrscheinlich die günstigste, da die Materialkosten so gering sind. Es ist weniger bekannt, weil ihm das gleiche Flair fehlt.
Die Leute verwenden LOM-Drucker mit Papier. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Menschen Bleche oder Kunststoffe auf diese Weise verwenden. Dies ist ein viel einfacherer Prozess, der für schnelle Jobs mit begrenzten Ressourcen verwendet werden kann.
Eine disruptive, aufregende Technologie
Tom ist Blogger, Künstler und Technologieliebhaber. Er bloggt über die neuesten Entwicklungen in der Kunst und teilt seine Gedanken mit seinen Lesern darüber, wie es ist, heute Künstler zu sein. Tom hat sich schon immer für Technik interessiert – aber erst mit 13 Jahren entdeckte er, wie viel Spaß das Erstellen von Websites machen kann! Tom ist ein lebenslustiger, abenteuerlustiger, kreativer Typ. Er rezensiert gerne Kunstprodukte und Technologie-Gadgets in seinem Blog und tut dies seit über 5 Jahren! Man findet ihn am Strand, im Studio oder beim Erkunden neuer Gegenden.
…
