Was ist ein 3D-Drucker?

Einer der vielversprechendsten Trends in der modernen Welt ist die Herstellung dreidimensionaler Objekte mittels 3D-Druck. Mit der Drucktechnologie können Sie recht komplexe und detaillierte Produkte erstellen. Heutzutage ist der Einsatz des 3D-Drucks nicht nur an Produktionsstandorten, sondern auch zu Hause möglich; dazu reicht die Anschaffung eines 3D-Druckers.

Was ist ein 3D-Drucker?

Ein dreidimensionaler Drucker ist ein Gerät, das Objekte auf der Grundlage erstellter digitaler 3D-Modelle erstellen kann. Produkte werden durch schichtweises Auftragen von Material erhalten. Als Basis werden thermoplastische und photopolymere Harze verwendet, aber mit der Entwicklung der Technologie nimmt die Zahl der als Rohstoffe verwendeten Materialien zu.

Der Herstellungsvorgang sieht folgendermaßen aus:

1. Der Prozess der Erstellung eines 3D-Modells erfolgt, d.h. Unter Beibehaltung aller Proportionen wird ein visuelles Bild des zukünftigen Produkts entwickelt. Das Modell wird mit spezieller Software erstellt.
2. Nachdem Sie das Modell erstellt haben, müssen Sie die Datei verarbeiten. Bei der Verarbeitung wird die Datei in einen digitalen Code umgewandelt, der das gesamte Modell in viele parallele Schichten unterteilt. Auf diese Weise werden Befehle für das 3D-Gerät generiert, das das Material zur Erstellung des Objekts verteilt.
3. Der letzte Schritt ist der 3D-Druck des Produkts, d. h. der Prozess der Herstellung eines Produkts durch schichtweises Auftragen von Material.Der Vorgang erfolgt über einen Druckkopf (Extruder), der sich entlang der 0Y- und 0X-Achse bewegt, d. h. Das Material wird gemäß dem Programmcode der Ebene nur entlang der horizontalen Ebene zugeführt. Um die nächste Schicht aufzutragen, bewegt sich der Extruder entlang der vertikalen Führung (entlang der 0Z-Achse) in einem Abstand, der der Größe der Schicht entspricht. Danach beginnt der Auftrag der nächsten horizontalen Schicht.

Referenz: Der Druckprozess kann je nach Herstellungstechnologie unterschiedlich sein, der allgemeine Prozess der Produktherstellung besteht jedoch im schichtweisen Auftragen des Materials.

Arten von 3D-Druckern

Die Geräte werden nach der Einzigartigkeit des Druckverfahrens unterteilt, d. h. über die verwendete Technologie. Die gängigsten Druckverfahren sind FDM (Fused Deposition Modeling) und SLA (Laserstereolithographie).

Die Richtungsmodellierungstechnologie ist eine der ersten Druckmethoden, die auf den Markt kam. Thermoplast wird als Material zur Herstellung von Gegenständen in Form von aufgewickelten Stricknadeln oder Fäden auf einer Spule verwendet. Die Druckmethode ist wie folgt:

1. Die Spule bzw. das Filament wird in den Extruder eingebaut. Unter dem Einfluss der Heizvorrichtung beginnt das Material zu schmelzen und fließt durch den Kanal auf die Arbeitsfläche.
2. Der Extruder bewegt sich gemäß einem digitalen Code entlang vorgegebener Koordinaten. Die Herstellung erfolgt schichtweise relativ zur horizontalen Ebene.
3. Bei der Herstellung komplexer Produkte werden zwei Materialien verwendet: Haupt- und Hilfsmaterialien. Das Produkt wird aus Grundmaterial hergestellt. Das Hilfsmaterial soll temporäre Stützen schaffen und den Hohlraum des Produkts ausfüllen. WeilDer Drucker ist nicht ohne Grund in der Lage, ein Objekt in der Luft zu drucken.

Referenz: Anschließend wird das Hilfsmaterial mit einem speziellen Lösungsmittel entfernt oder leicht abgebrochen.

Mit der FDM-Technologie hergestellte Produkte weisen eine gute mechanische und chemische Festigkeit auf. Diese Eigenschaften werden durch die Verwendung von Thermoplasten in Industriequalität erreicht. Diese Technologie ist zudem leicht und für den Einsatz zu Hause geeignet.

SLA-Technologien oder Stereolithographie drucken Produkte mit flüssigen Photopolymerharzen, die unter dem Einfluss einer Energiequelle in Form eines Lasers aushärten. Mit dieser Methode weisen die Produkte eine hohe Genauigkeit auf (bis zu 15 Mikrometer). Objekte werden wie folgt gedruckt:

1. Die Arbeitsfläche wird bis zur Tiefe einer Schicht in einen Behälter mit Photopolymerflüssigkeit abgesenkt;
2. Die Energiequelle (Laser) schneidet die Form des Objekts entsprechend den vorgegebenen Objektkoordinaten;
3. Es kommt zu einem Polymerisationsprozess, bei dem es an den Kontaktstellen zu einer Aushärtung kommt;
4. Der Vorgang wird für jede Schicht wiederholt, bis das Objekt hergestellt ist;
5. Nach der Herstellung wird das Modell in einen Behälter mit einer speziellen Lösung getaucht, um es von Hilfselementen zu reinigen;
6. Der letzte Schritt ist die UV-Bestrahlung, um den Prozess der Produktbildung zu beschleunigen.

Die Stereolithographie ist eine der modernsten Technologien, erfordert jedoch teure Materialien. Es gibt auch weniger bekannte Druckarten:

SlS (selektives Lasersintern) Das Prinzip der Herstellung eines Objekts besteht darin, dem Arbeitsbereich eine dünne Materialschicht in Form eines Pulvers zuzuführen, das unter Einwirkung eines Lasers gesintert wird.Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, dass keine Hilfselemente verwendet werden müssen, sie erfordert jedoch eine zusätzliche Wärmebehandlung. Nicht für den Einsatz im häuslichen Bereich bestimmt.

EBM (Elektronenstrahlschmelzen). Die Technologie ähnelt dem selektiven Lasersintern, das Produkt entsteht jedoch im Vakuum und erfordert keine zusätzliche Wärmebehandlung.

Zum dreidimensionalen Drucken gehört ein 3D-Stift. Das Funktionsprinzip ähnelt der FDM-Technologie, sieht jedoch eher miniaturisiert aus und wird zur Erstellung von Zeichnungen mit dreidimensionalem Effekt verwendet.

Was kann ein 3D-Drucker?

Heutzutage wird der 3D-Druck in nahezu allen Lebensbereichen eingesetzt. Es gibt Beispiele für die Erstellung kulinarischer Gerichte mithilfe des 3D-Drucks. Für komplexere Strukturen entstehen in allen Branchen Teile beliebiger Komplexität. Der relevanteste und notwendigste Bereich ist jedoch nach wie vor die Medizin.

Mehrere Unternehmen entwickeln organische Simulanzien, die natürliche Stoffe praktisch ersetzen können. Auch im Bereich des Gelenkersatzes kann der 3D-Druck helfen. Die häufigste Anwendung der dreidimensionalen Fertigung liegt in der Zahnmedizin. Neben der Prothetik werden Drucker auch zur Herstellung von Organmodellen eingesetzt. Die Möglichkeiten des 3D-Drucks nehmen zu und werden von Tag zu Tag zugänglicher.

3D-Drucker helfen nicht nur Menschen, sondern auch Tieren. Einer der bekanntesten Fälle ist die Herstellung eines Panzers für eine Schildkröte, die bei einem Waldbrand verletzt wurde. Somit rettete der neue Panzer das Leben des Tieres, und solche Fälle gibt es viele. Ein weiterer einzigartiger Fall ist eine Beinprothese für einen Elefanten. Die Einzigartigkeit des Falles liegt darin, dass Prothesen für Elefanten aufgrund des großen Gewichts des Tieres praktisch nicht hergestellt werden.

Dank moderner Drucktechnologie können Sie sogar ein ganzes Gebäude erstellen. Der Bau des kleinen Hauses (37 m²) dauerte für die Forscher nur 24 Stunden und war halb so teuer wie bei der herkömmlichen Methode.