Was ist ein 3D-Drucker und was kann er?

Eines der vielversprechendsten Gebiete der modernen Welt ist die Erzeugung dreidimensionaler Objekte im 3D-Druck. Mit der Drucktechnologie können Sie sehr komplexe und detaillierte Produkte erstellen. Der Einsatz des dreidimensionalen Drucks ist heute nicht nur an Produktionsstandorten, sondern auch zu Hause möglich, hierfür genügt der Kauf eines 3D-Druckers.

Was ist ein 3D-Drucker?

Ein dreidimensionaler Drucker ist ein Gerät, mit dem Objekte auf der Grundlage von erstellten digitalen 3D-Modellen erstellt werden können. Produkte werden durch Schichtmaterial erhalten. Als Basis werden Thermoplaste und Photopolymerharze verwendet, aber mit der Entwicklung der Technologie nimmt die Anzahl der als Rohstoffe verwendeten Materialien zu.

Das Verfahren zur Herstellung von Produkten sieht folgendermaßen aus:

1. Der Prozess des Erzeugens eines 3D-Modells, d.h. Entwicklung eines visuellen Bildes des zukünftigen Produkts unter Beibehaltung aller Proportionen. Das Modell wird mit einer speziellen Software erstellt.
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2. Nach dem Erstellen des Modells müssen Sie die Datei verarbeiten. Die Verarbeitung besteht aus der Konvertierung der Datei in digitalen Code, der das gesamte Modell in viele parallele Ebenen unterteilt. Auf diese Weise werden Befehle für das 3D-Gerät generiert, die das Material zum Erstellen des Objekts verteilen.
3. Der letzte Schritt ist das 3D-Drucken des Produkts, d.h. der prozess der herstellung eines produkts durch schichtweises auftragen von material. Das Verfahren wird unter Verwendung eines Druckkopfes (Extruders) durchgeführt, der sich entlang der Achsen 0Y und 0X bewegt, d.h. das material wird nur horizontal entsprechend dem programmcode der schicht zugeführt. Um die nächste Schicht aufzutragen, bewegt sich der Extruder entlang einer vertikalen Führung (entlang der 0Z-Achse) in einem Abstand, der der Größe der Schicht entspricht. Dann beginnt die nächste horizontale Schicht aufzutragen.

Hilfe: Der Druckprozess kann je nach Herstellungstechnologie variieren, aber der allgemeine Prozess zur Herstellung von Produkten ist das mehrschichtige Aufbringen des Materials.

Arten von 3D-Druckern

Geräte werden entsprechend der Einzigartigkeit des Druckprozesses unterteilt, d.h. von der verwendeten Technologie. Die gängigsten Druckverfahren sind FDM (Fused Deposition Modeling / Directional Modeling) und SLA (Laser Stereolithography / Laser Stereolithography).

Die Technologie der gerichteten Modellierung ist eine der ersten Druckmethoden, die auftaucht. Als Material zur Herstellung von Gegenständen wird Thermoplast in Form von gewickelten Speichen oder Fäden auf einer Spule verwendet. Die Druckmethode ist wie folgt:

1. Die Spule oder der Faden ist im Extruder installiert. Unter der Einwirkung der Heizeinrichtung beginnt das Material zu schmelzen und tritt durch den Kanal in die Arbeitsfläche ein.
2. Der Extruder bewegt sich in den angegebenen Koordinaten entsprechend dem digitalen Code. Die Herstellung erfolgt schichtweise zur Horizontalen.
3. Bei der Herstellung komplexer Produkte werden zwei Materialien verwendet: das Haupt- und das Hilfsmaterial. Das Produkt wird aus dem Hauptmaterial erstellt. Hilfsmaterial soll temporäre Stützen schaffen sowie den Hohlraum des Produkts ausfüllen. Weil Der Drucker ist nicht in der Lage, ein Objekt in der Luft ohne Grund zu drucken.

Hilfe: Hilfsmaterial wird anschließend mit einem speziellen Lösungsmittel entfernt oder bricht leicht ab.

Produkte, die mit der FDM-Technologie hergestellt wurden, weisen eine gute mechanische und chemische Festigkeit auf. Solche Eigenschaften werden durch die Verwendung von Thermoplasten in Industriequalität erreicht. Diese Technologie ist außerdem leicht und für den Einsatz unter häuslichen Bedingungen geeignet.

Die SLA-Technologie oder Stereolithographie bedruckt Produkte mit flüssigen Photopolymerharzen, die sich unter dem Einfluss einer Energiequelle in Form eines Lasers verfestigen. Mit dieser Methode haben die Produkte eine hohe Genauigkeit (bis zu 15 Mikrometer). Das Drucken von Objekten ist wie folgt:

1. Die Arbeitsfläche wird in einen Behälter mit Photopolymerflüssigkeit bis zu einer Tiefe von einer Schicht abgesenkt;
2. Eine Energiequelle (Laser) schneidet die Form des Objekts an den angegebenen Koordinaten des Objekts aus;
3. Der Polymerisationsprozeß läuft ab, wodurch an den Berührungsstellen eine Verfestigung eintritt;
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 zum Reinigen von Hilfselementen getaucht.
6. Die letzte Stufe ist die UV-Bestrahlung, um den Prozess der Produktbildung zu beschleunigen.

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

SlS (Selective Laser Sintering) Das Prinzip zur Erzeugung eines Objekts besteht darin, dem Arbeitsbereich eine dünne Materialschicht in Form eines Pulvers zuzuführen, das vom Laser gesintert wird. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens ist die fehlende Notwendigkeit der Verwendung von Hilfselementen, die jedoch eine zusätzliche Wärmebehandlung erfordert. Es ist nicht für den Hausgebrauch vorgesehen.

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

Zum dreidimensionalen Drucken gehört ein 3D-Stift. Das Funktionsprinzip ähnelt der FDM-Technologie, wirkt jedoch kleiner und wird zum Erstellen von Zeichnungen mit dreidimensionalem Effekt verwendet.

Was kann ein 3D-Drucker?

Der dreidimensionale Druck wird heute in nahezu allen Lebensbereichen eingesetzt. Es gibt Beispiele für das Erstellen von kulinarischen Gerichten mithilfe des 3D-Drucks. Teile beliebiger Komplexität werden für komplexere Strukturen in allen Branchen erstellt. Der wichtigste und notwendigste Bereich ist jedoch nach wie vor die Medizin.

Mehrere Unternehmen entwickeln organische Simulatoren, die natürliche Stoffe fast ersetzen können. 3D-Druck hilft auch in der Gelenkprothetik. Die häufigste Anwendung der dreidimensionalen Fertigung war die Zahnheilkunde. Neben der Prothetik werden mit Druckern auch Orgelmodelle hergestellt. Die Möglichkeiten des dreidimensionalen Drucks werden von Tag zu Tag größer und zugänglicher.

3D-Drucker helfen nicht nur Menschen, sondern auch Tieren. Einer der bekanntesten Fälle ist die Schaffung eines Panzers für eine Schildkröte, die bei einem Waldbrand verletzt wurde. So hat der neue Panzer dem Tier das Leben gerettet, und es gibt viele solcher Fälle. Ein weiterer einzigartiger Fall ist eine Beinprothese für einen Elefanten. Die Einzigartigkeit des Falls liegt in der Tatsache, dass aufgrund des großen Gewichts des Tieres Prothesen für einen Elefanten praktisch nicht hergestellt werden.

Dank moderner Drucktechnologie können Sie sogar das gesamte Gebäude erstellen. Während des Baus eines kleinen Hauses (37 m²) verbrachten die Forscher nur 24 Stunden und es stellte sich heraus, dass dies die Hälfte des Preises im Vergleich zur üblichen Methode war.