Wie funktioniert der 3D-Druck? Wie unterscheidet er sich von anderen Herstellungsverfahren? Die Antworten auf diese Fragen könnten Sie überraschen. Zunächst einmal gibt es nicht nur eine Form des 3D-Drucks. Vielmehr gibt es mehrere verschiedene Arten. Sie alle bauen Teile auf, indem sie Material schichtweise auftragen. Es gibt jedoch wichtige Unterschiede in Bezug auf die 3D-Drucktechnologien, die unterstützten Materialien, die Größe der Teile, die sie herstellen können, und die Genauigkeit, Auflösung und Präzision, die 3D-Drucker erreichen können.
Auch wenn der 3D-Druck eine bekannte Art der additiven Fertigung ist, ist er nicht die einzige additive Fertigungstechnik. EWI, eine gemeinnützige Organisation, die früher als Edison Welding Institute bekannt war, unterteilt die additive Fertigung in sieben verschiedene Verfahren, von denen keines einfach "3D-Druck" genannt wird. Spritzgießen und Thermoformen sind ebenfalls Formen der additiven Fertigung in dem Sinne, dass sie Material hinzufügen, anstatt es zu entfernen.
Unabhängig davon, welche Formen der Fertigung man betrachtet, unterscheiden sich alle additiven Verfahren (einschließlich 3D-Druck) grundsätzlich von den Verfahren, bei denen Material zur Herstellung eines Teils entfernt wird. Beispiele für die subtraktive Fertigung sind Zerspanen, Fräsen, Drehen, Laserschneiden und Wasserstrahlschneiden. Trotz der Unterschiede zwischen ihnen baut keine dieser einzelnen Fertigungstechniken Teile in Schichten auf. Stattdessen wird Material von einem vorgeformten Teil wie einem Block, einer Stange, einem Blech oder einer Extrusion abgetragen.
Nachdem Sie nun einige Grundlagen verstanden haben, ist klar, dass es bei den Unterschieden zwischen dem 3D-Druck und anderen Produktionsverfahren nicht nur um die additive Fertigung im Vergleich zur subtraktiven Fertigung geht. Wie funktionieren also die verschiedenen Arten des 3D-Drucks, und was unterscheidet den 3D-Druck noch von anderen Fertigungsverfahren? Und warum setzen Designer den 3D-Druck anstelle herkömmlicher Fertigungsverfahren ein - und das nicht nur für das Prototyping? Die folgenden Abschnitte erklären dies.
Wie funktioniert der 3D-Druck?
Der 3D-Druck ist so benannt, weil er Techniken verwendet, die denen herkömmlicher Tintenstrahldrucker ähneln, um dreidimensionale Teile zu produzieren, die die traditionellen Designeinschränkungen beseitigen, wie z. B. die Unmöglichkeit, Freiformformen oder Gitterstrukturen herzustellen. Der erste Schritt in jedem 3D-Druckverfahren ist die Modellierung mit computergestützter Design-Software (CAD). Diese 3D-Modelle können einen unterschiedlichen Detaillierungsgrad aufweisen, einschließlich feiner Details, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht oder nur schwer zu erreichen sind.
Nachdem das 3D-Modell erstellt wurde, muss es in einzelne Ebenen zerlegt werden, die jeweils Werte mit Anweisungen für den 3D-Drucker enthalten. Jede Schicht ist eine STL-Datei, aber der Werkzeugpfad selbst ist in .gcode. Die meisten CAD-Programme können STL-Dateien ausgeben, die die Oberflächengeometrie mithilfe von Dreiecken und einem kartesischen 3D-Koordinatensystem beschreiben. Beim 3D-Druck werden einzelne horizontale Schichten übereinandergelegt, um das endgültige Objekt zu erzeugen. Die Aufbaumechanismen sind unterschiedlich, aber dies sind die wichtigsten 3D-Drucktechnologien.
- Bei derStereolithografie (SLA) wird ein flüssiges Harz mit einem Laser photopolymerisiert.
- Diedigitale Lichtverarbeitung (DLP ) ähnelt dem SLA-Verfahren, verwendet aber eine projizierte Lichtquelle.
- Beimselektiven Lasersintern (SLS) wird ein Laser zum Sintern von Pulver verwendet.
- Multi Jet Fusion (MJF ) ist ein pulverbasiertes Verfahren, das keinen Laser benötigt.
- PolyJet stellt Teile her, indem Photopolymer-Tropfen auf eine Bauplattform gespritzt und verfestigt werden.
- Beimdirekten Metall-Lasersintern (DMLS) werden eine Wärmequelle und ein Metallpulverbett verwendet.
- BeimElektronenstrahlschmelzen (EBM ) wird ein hochenergetischer Elektronenstrahl verwendet, um pulverförmiges Metall zu schmelzen.
- BeimFused Deposition Modeling (FDM ) wird ein Endlosfilament aus thermoplastischem Material extrudiert.
Wie Sie sehen können, sind einige dieser Technologien nur für Kunststoffe und einige nur für Metalle geeignet. Es gibt Technologievarianten für spezielle Anwendungen. Die Projektionsmikrostereolithografie (PµSL) ist beispielsweise eine Form der SLA, bei der ein Blitz aus ultraviolettem (UV) Licht verwendet wird, um schnell eine ganze Harzschicht zu photopolymerisieren. PµSL-3D-Drucker von Boston Micro Fabrication (BMF) unterstützen eine kontinuierliche Belichtung für eine schnellere Verarbeitung und können mikroskalige Teile mit hoher Genauigkeit, Präzision und Auflösung herstellen.
Wie unterscheidet sich der 3D-Druck von anderen Fertigungsverfahren?
Wie Sie gelesen haben, besteht der Unterschied zwischen 3D-Druck und anderen Fertigungsverfahren nicht nur in der additiven oder subtraktiven Fertigung. Aber es geht auch nicht um die Verwendung von CAD-Software, 3D-Modellierung oder digitale Fertigung. Bei vielen anderen Produktionsverfahren werden Formen der computergestützten Fertigung (CAM) eingesetzt, und Unterscheidungen wie traditionelle oder moderne Fertigung sind zu vereinfachend. Heutzutage können etablierte Fertigungstechniken wie das Formen und die maschinelle Bearbeitung sehr anspruchsvoll sein.
Der Unterschied zwischen dem 3D-Druck und anderen Fertigungsverfahren besteht letztlich darin, dass beim 3D-Druck Teile schichtweise aufgebaut werden und dass der 3D-Druck eine größere Gestaltungsfreiheit bietet. Von der Dicken- und Topologieoptimierung bis hin zur Gitterbildung ist das Design for Manufacturing (DFM) beim 3D-Druck anders. Diese Form der additiven Fertigung ermöglicht auch die Konstruktion von einteiligen Teilen anstelle von Baugruppen, die mehrere Komponenten und Befestigungselemente erfordern.
Es gibt auch Vergleiche zwischen dem 3D-Druck und anderen individuellen Fertigungsverfahren, die gezogen werden können. So ist der 3D-Druck nicht das einzige werkzeuglose Fertigungsverfahren und auch nicht die einzige Option für die Kleinserienfertigung. Auch das Wasserstrahlschneiden kommt ohne Werkzeuge aus, und der Urethanguss mit Silikonformen kann ebenfalls für die Herstellung von Teilen in kleinen Stückzahlen verwendet werden. Da es sich jedoch um ein werkzeugloses Verfahren handelt, entfallen beim 3D-Druck die mit Formen und Werkzeugen verbundenen Kosten und Wartezeiten.
Wichtig ist, dass der Unterschied zwischen 3D-Druck und anderen Fertigungstechniken nicht nur zwischen Prototyping und Produktion besteht. Obwohl der 3D-Druck vor allem für die Herstellung von Prototypen nützlich ist, können einige 3D-gedruckte Objekte auch als funktionale Teile für die Endnutzung verwendet werden. Eine Nachbearbeitung kann immer noch erforderlich sein, aber die Oberflächenbearbeitung ist typisch für viele Formen der Fertigung, insbesondere für die spanende Bearbeitung. So wie nicht alle CNC-Maschinen kleine Teile bearbeiten können, können auch nicht alle 3D-Drucker Teile im Mikromaßstab herstellen.
Schließlich unterscheidet sich der 3D-Druck auch in Bezug auf die Materialien von anderen Herstellungsverfahren. So können die PµSL-3D-Drucker von BMF zwar einige der gleichen Polymere wie beim Spritzgießen verwenden, aber diese 3D-gedruckten Materialien haben nicht die gleichen Eigenschaften. Mit der PµSL-Technologie können jedoch auch biokompatible Harze und Keramiken 3D-gedruckt werden, Materialien, die die meisten Spritzgießgeräte nicht verarbeiten können. PµSL 3D-Drucker arbeiten auch mit dem Open Material System von BMF, so dass Designer mit dem Material ihrer Wahl drucken können.
Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie die PµSL-Technologie funktioniert und wie sie Ihre Anwendung unterstützen kann, wenden Sie sich an BMF.
