Was ist 3D-Druck und wie funktioniert es genau?

Stellen Sie sich vor, Sie könnten dreidimensionale Objekte direkt von einem Drucker in Ihrer Wohnung aus ausdrucken. Als ich ein Kind in der Grundschule war, dachte ich, es wäre großartig, wenn ich Pizzas aus meinem InkJet ausdrucken könnte. Das ist nicht der Punkt, auf den ich in diesem Artikel beziehe, aber es ist ein interessanter Gedanke, dreidimensionale Objekte auszudrucken. Es klingt nach grenzüberschreitender Science-Fiction und war es lange Zeit. Nicht länger.

Der Prozess wird (nicht überraschend) aufgerufen 3d Drucken. Wie beim herkömmlichen Drucken, das ein leeres Blatt Papier nimmt und aus scheinbar nirgendwo zweidimensionalen Bildern und Text erstellt, erstellt der 3D-Druck vollständig realisierte Objekte aus dem Nichts. Es ist ein faszinierendes Verfahren, das in verschiedenen Bereichen hilfreich sein kann.

Letztes Jahr stellte James fest, dass 3D-Druck kein Mythos mehr ist. 3D-Druck - Sci-Fi-Mythos oder Realität? 3D-Druck - Sci-Fi-Mythos oder Realität? Die Idee, eigene Objekte zu Hause zu erstellen, ist verständlicherweise ziemlich faszinierend. Wer hat nicht davon geträumt, einen eigenen Replikator zu haben, der Kekse macht… Weiterlesen oder eine weit hergeholte Idee. Erst in den letzten 12 Monaten hat er sich als richtig erwiesen: Der 3D-Druck steht erst am Anfang. Lernen Sie mit mir die Grundlagen der 3D-Drucktechnologie kennen, um zu erfahren, wie es funktioniert und welche Vorteile es uns als Konsumenten bringen kann.

Kurze Geschichte des 3D-Drucks

Im Jahr 1986 meldete ein Mann namens Charles W. Hull ein Patent für die Stereolithographie an, die zur ersten bekannten Methode zur Erzeugung von 3D-Objekten aus dem Nichts wurde. Die Erfindung dieses Verfahrens führte zu einem neuen Zeitalter der Bearbeitungsprozesse. Während die meisten Objekte mit a erstellt werden subtraktiv Prozess (d. h. Schnitzen, Bohren, Schnitzen, Schneiden usw.) verwendet, verwendet 3D-Druck einen Zusatzstoff verarbeiten (d. h. durch Hinzufügen von Material).

3D-Drucker sind teuer. Herkömmliche Papier- und Tintendrucker kosten Hunderte von Dollar, aber 3D-Drucker setzen Sie Zehntausende zurück. Glücklicherweise müssen Sie keinen eigenen 3D-Drucker besitzen, da es bereits eine Reihe von Diensten gibt, die 3D-Objekte für Sie drucken. Wenn Sie interessiert sind, besuchen Sie Shapeways und Sculpteo.

Aufgrund der hohen Kosten der Stereolithographie wurden andere Formen des 3D-Drucks entwickelt. Diese neueren Techniken haben ihre eigenen Vor- und Nachteile, aber die meisten von ihnen sind viel billiger und für Jedermann zugänglich.

3D-Drucktechniken

Stereolithographie (SLA) ist die erste 3D-Drucktechnik, die entwickelt wurde. Es erzeugt Objekte aus der Luft, indem Schichten und Schichten eines bestimmten Photopolymers auf sich selbst gedruckt werden. Das Material beginnt als Flüssigkeit und ändert sich in einen Feststoff, wenn es von einem konzentrierten ultravioletten Lichtstrahl getroffen wird.

Digitale Lichtverarbeitung (DLP) ist der Stereolithographie insofern ähnlich, als es Licht zum Härten einer Flüssigkeit zu einem Feststoff verwendet. Bei der digitalen Lichtverarbeitung beginnt das Objekt jedoch mit einer Wanne voller Flüssigkeit. Ein Teil der Flüssigkeit wird Licht ausgesetzt, das aushärtet, dann wird die Bauplatte um eine kleine Menge abgesenkt. Ein weiterer Schuss Licht härtet mehr Flüssigkeit aus und dieser Vorgang wiederholt sich. Übrig gebliebene Flüssigkeit wird abgelassen und hinterlässt ein festes Modell.

Selektives Lasersintern (SLS) verwendet einen Hochleistungslaser, um Materialpartikel (z. B. Kunststoff, Glas, Keramik und Metall) zu einer Masse zu verschmelzen, die die gewünschte dreidimensionale Form annimmt.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ist ein 3D-Druckverfahren für Metallteile. Der Prozess findet im Vakuum statt und beginnt mit dem Aufspreizen einer Metallpulverschicht (meistens Titan). Ein Elektronenstrahl schmilzt dann das Pulver zu einer festen Schicht. Objekte, die auf diese Weise erstellt wurden, sind überraschend dicht und stark.

Multi-Jet-Modellierung (MJM) arbeitet ähnlich wie moderne InkJet-Drucker. Es verteilt eine Schicht Harzpulver und sprüht dann eine farbige bindemittelartige Substanz, die das Pulver zu einer einzigen Schicht aushärtet. Multi-Jet-Modellierung ist äußerst nützlich, da sie schnell ist und farbigen Druck unterstützt.

Modellierung der Schmelzablagerung (FDM) verwendet eine erhitzte Extrusionsdüse, die ein Material (z. B. Kunststoff) schmilzt, wenn es herauskommt. Die Düse kann sich durch computergestützte Steuerungen sowohl horizontal als auch vertikal bewegen. Wenn das Material die Düse verlässt, härtet es fast sofort aus.

Nahezu alle Formen des 3D-Drucks erfordern eine STL-Datei. Eine STL-Datei ist ein spezifisches Format eines 3D-Modells, mit dem 3D-Drucker das Objekt bequem und effektiv in die einzelnen Ebenen aufteilen können, die beim Drucken verwendet werden. Die meisten STL-Dateien werden zuerst in einem CAD-Programm (Computer-Aided Design) erstellt und anschließend konvertiert.

Vorteile des 3D-Druckens

3D-Drucker sind sowohl für kommerzielle als auch für private Zwecke nützlich. Das einzige wirkliche Hindernis für den persönlichen 3D-Druck sind die außergewöhnlichen Kosten und das technische Know-how, das zur Erstellung funktionierender STL-Modelle erforderlich ist. Wenn Sie den ersten Buckel überwinden können, werden Sie die vielen Vorteile sehen.

Mit 3D-Druckern wird das Arbeiten im Design viel schneller und einfacher. Designer können Konzepte und Ideen übernehmen und schnell eine so genannte dreidimensionale Darstellung erzeugen Rapid-Prototyping. Da sich das Design im Laufe der Zeit entwickelt, kann jede Iteration fast sofort prototypisiert werden.

Unternehmen können auch von 3D-Druckern bei der Erstellung ihrer Endprodukte und nicht nur von Prototypen profitieren. Subtraktive Prozesse führen zu vielen verschwendeten Materialien in Form von Spänen, Bohrspänen und geschnittenen Stücken, die zu klein sind, um sie überall einsetzen zu können. Durch den additiven Prozess des 3D-Drucks werden die meisten, wenn nicht sogar alle Abfälle eliminiert.

Die Art des 3D-Drucks ermöglicht eine einfache Anpassung. Typische Montagelinien erfordern, dass die unterschiedlichen Teile eines Objekts auf eine bestimmte Art und Weise zusammenpassen, oder die Linie schlägt fehl. Bei einem 3D-Drucker werden persönliche Anpassungen in der STL-Datei vorgenommen. Der Drucker muss nicht geändert werden.

Die Detailgenauigkeit, die durch den 3D-Druck erreicht werden kann, ist mit keiner anderen Fertigungsmethode vergleichbar, mit Ausnahme von Objekten, die vollständig von Hand entworfen und gefertigt wurden. Die Genauigkeit eines 3D-Druckers kann bis zu 4 Mikrometer Auflösung betragen. Das ist dünner als ein menschliches Haar.

Die 3D-Drucktechnologie ist nicht gerade ein Weltveränderer, aber sie ist faszinierend und wertvoll. Weltweit setzen Unternehmen bereits 3D-Druck in ihren Fertigungsprozessen ein. Hobbyisten drucken bereits individuelle Objekte für den eigenen Genuss aus. Innerhalb des nächsten Jahrzehnts ist es durchaus möglich, dass Haushaltsdrucker 3D-Objekte auf eigene Faust erstellen.

Gutschrift: 4 farbige Kugeln über Shutterstock, MJM-Diagramm über TurkCADCAM

Erfahren Sie mehr über: 3D-Druck.