Funktionsweise des Desktop-3D-Druckers: Grundlegende 3D-Drucktechnologie

25. 5. 2020

25. 2020, 10:00 | Obwohl die erste 3D-Drucktechnologie vor mehr als 30 Jahren erstmals patentiert wurde, hat die Branche in den letzten Jahren einen globalen Boom erlebt. Es ist nicht mehr wahr, dass 3D-Drucker eine Frage von Geeks oder Industriedesignern sind. Desktop-3D-Drucker sind auch für gewöhnliche Sterbliche leicht zugänglich. Schauen wir uns 3D-Drucker genauer an und sehen, wie diese Geräte funktionieren.

So funktioniert 3D-Druck

3D-Drucker können physische 3D-Objekte von einem digitalen Master erzeugen. Der Prozess der Erstellung eines neuen Produkts, bei dem das Material auf sich selbst geschichtet wird, wird als Additiv bezeichnet. Das resultierende Produkt wird aus einem Material modelliert, das schrittweise hinzugefügt wird. Tatsächlich ist es das Gegenteil des Prozesses, der beispielsweise von Werkzeugmaschinen verwendet wird, bei denen das Material allmählich vom gesamten Stück entfernt wird.

3D-Drucktechnologie

Obwohl die Ursprünge der 3D-Drucktechnologie mindestens bis in die 1980er Jahre zurückreichen, schützen ihre Erfinder ihre Patente seit vielen Jahren streng. Dies führte zu einem Wettbewerbskampf, der zu einer vollständigen Palette von 3D-Drucktechnologien führte. Nur ein Wikipedia-Artikel zum 3D-Druck erwähnt 15 davon.

Die derzeitige Ausweitung des 3D-Drucks ist größtenteils auf den Ablauf einiger Patente zurückzuführen, und viele 3D-Drucktechnologien sind jetzt als Open Source frei verfügbar. In der Praxis bedeutet dies, dass nicht nur die Erfinder selbst und ihre Teams sich mit 3D-Druck beschäftigen können, sondern auch Studenten, Ingenieure und Amateur-Enthusiasten neue Technologien kennenlernen.

Stellen wir uns die Kern-3D-Drucktechnologie vor:

FDM/FFF

Die am weitesten verbreitete 3D-Drucktechnologie ist das sogenannte FDM (Fused Depositon Modeling). Da Stratasys jedoch eine Marke für diese Bezeichnung eingetragen hat, ist sie (nicht nur) für kommerzielle Zwecke unter der Bezeichnung FFF (Fused Filament Fabrication) bekannt geworden. In beiden Fällen handelt es sich jedoch um ein und dasselbe Prinzip des 3D-Druckerbetriebs, und wenn es um Desktop-3D-Drucker geht, verwendet die überwiegende Mehrheit von ihnen diese Technologie zum Modellieren.

Die FDM / FFF-Drucktechnologie basiert auf dem Prinzip des Schmelzens des Materials, das dem Drucker am häufigsten in Form einer Kunststoffschnur, dem sogenannten Filament, zugeführt wird. Es wird in das Magazin des 3D-Druckers auf einer Spule gelegt, von der der Drucker das Material allmählich abwickelt. Der Druckkopf des 3D-Druckers druckt dann Schicht für Schicht das physische 3D-Modell, das ihm im digitalen Master zur Verfügung gestellt wurde. Im Prinzip ist diese 3D-Drucktechnologie der Tintenstrahldrucktechnologie sehr ähnlich. So wie Papier mit einer sehr kleinen Menge Tinte - Tinte - injiziert wird, platziert der Druckkopf des 3D-Druckers Schicht für Schicht flüssiges Material auf dem Substrat und erstellt so ein physikalisches Modell.

Die FDM / FFF 3D-Drucktechnologie ist die billigste 3D-Drucktechnologie, was der Hauptgrund für ihre Verbreitung ist. FDM / FFF Desktop-3D-Drucker für den Heimgebrauch können bis zu 250 erworben werden.

Der Nachteil dieser Technologie ist die lange Druckzeit, die große Variation der Druckqualität, die vom Modell des Druckers und dem verwendeten Material abhängt, und verschiedene Designbeschränkungen (zum Beispiel muss das geschmolzene Material zuerst aushärten;

3D-Drucker in Aktion: Es dauerte 10 ½ Stunden, um Körper und Kopf eines kleinen Groot-Desktop-Druckers Prusa zu drucken.

SLA

Stereolithographie (SLA) ist die erste patentierte 3D-Drucktechnologie. Zum Erstellen von Objekten wird ein UV-Strahl verwendet, der das Polymerharz auf die gewünschte Form aushärtet. Es ist eine sehr genaue 3D-Modellierungstechnik, aber gleichzeitig sehr teuer, was ihre Massenexpansion verhindert.

Demonstration des 3D-Drucks mithilfe der Stereolithographie-Technologie auf einem 3D-Carbon-Drucker.

SLS

Selektives Lasersintern (SLS), auch als Lasersintern bekannt, manchmal auch als Lasersintern bezeichnet, ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der ein Objekt durch Schmelzen von pulverförmigem Material und Sintern in Schichten unter Verwendung eines Lasers gebildet wird.

Der Laser härtet die gewünschte Form des Objekts zu einem Material in Form von festem Staub aus, der auf die Druckplatte gelegt wird. Nachdem eine Schicht ausgehärtet ist, trägt die Maschine eine weitere dünne Staubschicht auf und der Laser härtet erneut aus. Sobald Sie fertig sind, müssen Sie den Staub buchstäblich ausgraben und sorgfältig reinigen. Das Ergebnis sind sehr genaue und dauerhafte Drucke. Lasersinterdrucker sind professionelle Maschinen, die in der Industrie- und Prototypenfertigung zur Funktionsprüfung eingesetzt werden.

Demonstration der Produktproduktion mit SLS-Technologie

Wo Sie Modelle für den 3D-Druck erhalten?

Digitale Modelle für den 3D-Druck werden in 3D-Modellierungsprogrammen wie AutoCAD, Blender und dergleichen erstellt. Um Ihr eigenes dreidimensionales Modell für den Druck vorzubereiten, müssen Sie diese Programme beherrschen. Dies kann sogar durch Selbststudium erfolgen, aber was ist, wenn Sie nicht Tage oder vielleicht Wochen warten möchten, um zumindest die Grundlagen der 3D-Modellierung zu beherrschen?

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3D-Modelle werden in Computerprogrammen für die 3D-Modellierung modelliert. Das bevorzugte Format für die meisten Desktop-3D-Drucker ist STL.

Im Internet gibt es viele Datenbanken mit vorgefertigten 3D-Modellen, die häufig unter kostenlosen Lizenzen verfügbar sind und zumindest für den nichtkommerziellen Gebrauch kostenlos heruntergeladen und verwendet werden können.

Eine andere Möglichkeit, ein 3D-Modell zum Drucken zu bringen, besteht darin, ein physisches Objekt mit einem 3D-Scanner zu scannen. Dies sind Geräte, die die Form und Oberfläche eines dreidimensionalen Objekts scannen und in ein digitales konvertieren können. 3D-Scanner werden in zwei Haupttypen unterteilt - handgehaltene 3D-Scanner und stationäre.

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