3D-Drucker und 3D-Druck: Technologien, Verfahren und Techniken

3D-Druck wird auch als additive Fertigung bezeichnet. Dieser Begriff beschreibt genau, wie diese Technologie funktioniert, um Objekte zu erstellen. „Additiv“ bezieht sich auf das aufeinanderfolgende Hinzufügen von dünnen Schichten zwischen 16 und 180 Mikron oder mehr, um ein Objekt zu erzeugen. Tatsächlich sind alle 3D-Drucktechnologien ähnlich, da sie Schicht für Schicht ein Objekt konstruieren, um komplexe Formen zu erzeugen.

Wie funktioniert der 3D-Druck?

Es gibt 3 Hauptschritte beim 3D-Druck.

Der erste Schritt ist die Vorbereitung kurz vor dem Drucken, wenn Sie eine 3D-Datei des zu druckenden Objekts erstellen. Diese 3D-Datei kann mit einer CAD-Software, mit einem 3D-Scanner erstellt oder einfach von einem Online-Marktplatz heruntergeladen werden. Nachdem Sie überprüft haben, ob Ihre 3D-Datei druckbar ist, können Sie mit dem zweiten Schritt fortfahren.

Der zweite Schritt ist der eigentliche Druckprozess. Zuerst müssen Sie wählen, welches Material die für Ihr Objekt erforderlichen spezifischen Eigenschaften am besten erreicht. Die Materialvielfalt beim 3D-Druck ist sehr groß. Es umfasst Kunststoffe, Keramik, Harze, Metalle, Sand, Textilien, Biomaterialien, Glas, Lebensmittel und sogar Mondstaub! Die meisten dieser Materialien bieten auch viele Veredelungsmöglichkeiten, mit denen Sie genau das gewünschte Designergebnis erzielen können, und einige andere, wie z.B. Glas, werden noch als 3D-Druckmaterial entwickelt und sind noch nicht so leicht zugänglich.

Der dritte Schritt ist der Veredelungsprozess. Dieser Schritt erfordert spezifische Fähigkeiten und Materialien. Wenn das Objekt zum ersten Mal gedruckt wird, kann es oft erst dann direkt verwendet oder geliefert werden, wenn es geschliffen, lackiert oder lackiert wurde, um es wie vorgesehen abzuschließen.

Das für das Projekt gewählte Material bestimmt, welche Druckverfahren am besten geeignet sind. Unter diesen werden im Folgenden die am häufigsten verwendeten Techniken für jede Materialgruppe beschrieben.

Wenn Sie Kunststoff oder Alumide verwenden möchten

  • Fused Deposition Modeling (FDM): wird hauptsächlich von Einzelpersonen verwendet. Es ist wahrscheinlich das beliebteste Druckverfahren aufgrund der Anzahl der auf dem Markt erhältlichen Drucker. FDM ist ein kostengünstiges 3D-Druckverfahren im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien. Dieser Prozess funktioniert, indem das Material geschmolzen und durch eine Düse extrudiert wird, um einen Querschnitt eines Objekts in jeder Schicht nach dem anderen in 3D zu drucken. Das Bett senkt sich für jede neue Schicht und dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Objekt fertig ist. Die Schichtdicke bestimmt die Qualität des 3D-Drucks. Einige FDM-3D-Drucker verfügen über zwei oder mehr Druckköpfe, um in mehreren Farben zu drucken, und nutzen die Unterstützung für überhängende Bereiche eines komplexen 3D-Drucks.
  • SLS-Verfahren: Selektives Lasersintern ist eine 3D-Drucktechnik, die aus der Herstellung eines Objekts durch Schmelzen aufeinanderfolgender Pulverschichten besteht, um ein Objekt zu bilden. Der Prozess erleichtert vor allem die Erstellung komplexer und ineinandergreifender Formen. Es ist erhältlich für Kunststoff und Alumide.Wenn Sie diese beiden Technologien vergleichen möchten, um die für Sie am besten geeignete zu finden, werfen Sie einen Blick auf unseren Showdown FDM vs. SLS.

Wenn Sie Kunstharz verwenden möchten

  • Das Verfahren, das Sie benötigen, ist die Photopolymerisation, eine Technik, die die Verfestigung von lichtempfindlichem Harz mittels UV-Licht beinhaltet. Es wird von verschiedenen 3D-Druckverfahren verwendet, wie z.B.:
    • Stereolithography (SLA)  verwendet eine Wanne aus härtbarem Photopolymerharz. Die Bauplatte sinkt in kleinen Schritten ab und das flüssige Polymer wird dem Licht ausgesetzt, wobei der UV-Laser Schicht für Schicht einen Querschnitt zieht. Der Prozess wird wiederholt, bis ein Modell erstellt wurde. Das Objekt wird in 3D gedruckt, indem man das Objekt aus dem Harz herauszieht (bottom up), was Platz für das ungehärtete Harz am Boden des Behälters schafft und dann die nächste Schicht des Objekts bilden kann. Eine weitere Methode ist der 3D-Druck des Objekts, indem man es nach unten in den Tank zieht, wobei die nächste Schicht oben ausgehärtet wird.
    • Beim Digital Light Processing (DLP)  wird ein Projektor zum Aushärten von Photopolymerharz verwendet. Dies ist der SLA-Methode sehr ähnlich, nur dass anstelle der Verwendung eines UV-Lasers zum Aushärten des Photopolymerharzes ein Sicherheitslicht (Glühbirne) verwendet wird. Objekte werden ähnlich wie bei SLA erzeugt, wobei das Objekt entweder aus dem Harz herausgezogen wird, was Platz für das ungehärtete Harz am Boden des Behälters schafft und so die nächste Schicht des Objekts bildet, oder unten in den Tank mit der nächsten Schicht oben ausgehärtet wird. Sculpteo verwendet die DLP-Technologie für den 3D-Druck in Silber und Messing. Wir drucken zuerst ein Wachsmodell in 3D, dann verwenden wir eine Wachsausschmelztechnik: Eine Form wird um das Wachs herum hergestellt, bevor es geschmolzen und mit Silber gefüllt wird, wodurch Ihr Objekt entsteht.
    • Continuous Liquid Interface Production (CLIP)  projiziert eine kontinuierliche Folge von UV-Bildern, die von einem digitalen Lichtprojektor erzeugt werden, durch ein sauerstoffdurchlässiges, UV-transparentes Fenster unterhalb eines Flüssigkeitsharzbades. Die oberhalb des Fensters geschaffene Totzone weist unterhalb des Teils eine Flüssigkeitsschnittstelle auf. Oberhalb der Totzone wird das Aushärtungsteil aus dem Harzbad herausgezogen.
    • MultiJet-Verfahren Ähnlich wie die Stereolithographie verwenden die hochwertigen Druckverfahren PolyJet und MultiJet 3D ein UV-Licht zur Vernetzung eines Photopolymers. Anstatt jedoch einen Laser zu scannen, um Schichten zu härten, sprüht ein Druckerstrahl winzige Tröpfchen des Photopolymers (ähnlich der Tinte in einem Tintenstrahldrucker) in Form der ersten Schicht. Die am Druckkopf angebrachte UV-Lampe vernetzt das Polymer und fixiert die Form der Schicht. Die Bauplattform sinkt dann um eine Schichtdicke ab, und mehr Material wird direkt auf die vorherige Schicht aufgebracht.

Wenn Sie Metall verwenden möchten

    • DLP in Kombination mit der Wachsausschmelztechnik ermöglicht das Drucken von Objekten in 3D. Sculpteo verwendet die DLP-Technologie für 3D-Drucke aus Silber und Messing. Zuerst drucken wir in 3D ein Wachsmodell. Dann verwenden wir eine Wachsausschmelztechnik: Eine Form wird um das Wachs herum hergestellt, bevor es geschmolzen und mit Silber gefüllt wird, wodurch Ihr Objekt entsteht.
    • Direct Metal Laser Sintering (DMLS) nutzt einen Laser als Energiequelle, um Metallpulver zu sintern, indem es einen Laser anvisiert und einen Querschnitt des Objekts Schicht für Schicht verfolgt. Das Direct Metal Laser SIntering ähnelt dem selektiven Lasersinterverfahren.
    • Electron Beam Melting (EBM) verwendet einen Elektronenstrahl als Energiequelle anstelle eines Lasers zum 3D-Drucken von Metall. Ein Elektronenstrahl schmilzt Metallpulver Schicht für Schicht im Hochvakuum und kann das vollständige Schmelzen des Metallpulvers erreichen. Mit diesem Verfahren können hochdichte Metallteile hergestellt werden, wobei die Materialeigenschaften erhalten bleiben.

Wenn Sie Multicolor verwenden möchten

    • Binder Jetting ist beliebt, da Sie detaillierte 3D-Drucke mit Farbe erstellen können. Eine automatisierte Walze wird verwendet, um eine Pulverschicht auf die Bauplattform zu verteilen. Überschüssiges Pulver wird zu den Seiten geschoben und sorgt dafür, dass das Bett mit einer Schicht verpacktem Pulver gefüllt wird. Auf einer schnellen Achse tragen die Druckköpfe gleichzeitig ein flüssiges Bindemittel und eine Farbe auf, um einen Querschnitt des Objekts auf dem Pulver zu erzeugen.
     
    • Selective Deposition Lamination is a 3D printing process using paper. This process is similar toLaminated Object Manufacturing (LOM) rapid prototyping method. The process involves layers of adhesive coated paper (or plastic or metal laminates) that are successively glued together with a heated roller and cut to shape with a laser cutter layer by layer. A roller with the material moves each new sheet of material over the last and repeats the process until the object is completed.
     
    • Triple-jetting technology (PolyJet) used in Stratasys Objet500 Connex3, is the most advanced method of PolyJet 3D printing. This technology performs precise printing with three materials and thus makes three-colour mixing possible. To know more about this technology, you can refer to PolyJet Multijet

Zusammenfassung

Die Liste der 3D-Drucktechnologien und -prozesse wächst ständig, da sich der 3D-Druck ständig verändert. Die 3D-Druckindustrie entwickelt weiterhin ihre Hardware sowie die Materialien und Verfahren zur Herstellung von Objekten oder Teilen. Abhängig von vielen Faktoren wie Budget, Design oder Funktion ist die Wahl des geeigneten 3D-Druckverfahrens sowie des richtigen Materials wichtig. Der 3D-Druck kann viele verschiedene 3D-Druckobjekte erzeugen, die bisher nur in der Massenfertigung hergestellt wurden.

Ein Online-3D-Druckservice wie Sculpteo existiert aufgrund der Komplexität, Zeit und Fähigkeiten, die für die Druck- und Veredelungsschritte erforderlich sind. Diese Komplexität mag die Menschen daran hindern, diese wunderbare Technologie zu nutzen, aber bei Sculpteo wenden wir unser Wissen an, um jedem zu dienen, der bereit ist, den 3D-Druck auszuprobieren, da wir den Zugang zur additiven Fertigungstechnologie erweitern wollen.

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