Klassifizierung von 3d-Druckern

Die Einführung von 3D-Druckern hat eine neue Ära der Technologie eingeläutet – jetzt ist es möglich, dreidimensionale Objekte zu drucken. Der Zweck der entstehenden dreidimensionalen Produkte kann sehr unterschiedlich sein – von Spielzeug bis hin zu medizinischer Prothetik. Die Operation basiert auf digitales Modell (oder Zeichnung), die dann in ihre exakte Nachbildung in der realen Welt übersetzt wird. Ähnliche Geräte gibt es in verschiedenen Kapazitäten und Konfigurationen, in Haushalts- und Industrievarianten. Aktuelle 3D-Drucker verwenden eine Vielzahl von Materialien, um einen 3D-Druck zu erstellen.

3D-Drucktechnologien

Es gibt eine spezifische Klassifizierung für die verwendete Technologie, die für jeden zukünftigen Besitzer eines 3D-Druckers nützlich sein wird:

• FDM;
• Polyjet oder MJM;
• LENS;
• LOM;
• SLA;
• SLS;
• 3DP;

FDM

Dies ist die am meisten verbreitete Technologie in den fraglichen Geräten. Bei der FDM-Maschine (Fused Deposition Modeling) wird das Verbrauchsmaterial Schicht für Schicht durch eine spezielle Düse gepresst. Dazu gehören:

• Makerbot-ähnliche Geräte;
• Stratasys-Drucker;
• Einheiten, die in der kulinarischen Industrie verwendet werden (Käseprodukte, Teig, Zuckerguss)
• Medizinprodukte (medizinisches Gel mit lebenden Zellen).

Polyjet

Ebenfalls von Interesse ist MJM (Multi Jet Modeling), das eine Methode namens Multi-Jet-Modellierung. Das Verfahren ähnelt dem üblichen Jetting, da das Material durch kleine Düsen (es können mehrere hundert sein) geleitet wird. Nach dem Aushärten der vorherigen Schicht wird das vorgegebene dreidimensionale Modell geformt.

Verbrauchsmaterialien sind Fotokunststoffe und Plastik, aber auch Spezialwachse sind erhältlich. Diese Art des 3D-Drucks wird im Allgemeinen für die Herstellung von medizinischen Implantaten, Zahnersatz und Abdrücken verwendet.

Die Herstellung von mehrfarbigen Varianten sowie von Objekten mit unterschiedlichen Eigenschaften, z.B. elastisch in Kombination mit starr.

Diese Technologie hat einige Nachteile – sehr teures Ausgangsmaterial und fragiles Ergebnis. Typische Anwendungen sind in der Medizin und im industriellen Prototyping.

LENS

Beim LASER ENGINEERED NET SHAPPING befindet sich das aus der Düse geblasene Verbrauchsmaterial unmittelbar im Fokus des Laserstrahls, was zu einer sofortigen Sinterung führen kann. Verwendung von Metallpulver Unterstützung bei der Herstellung von Gegenständen aus Stahl und Titan, wodurch der Einsatz von 3D-Druckern in der Industrie möglich wurde. Viele Legierungen können sogar direkt im Prozess gerührt und aufgenommen werden. So werden zum Beispiel Turbinenschaufeln aus Titan für Turbinen hergestellt.

LOM

Bei der Laminated Object Fertigung werden dünne und bereits laminierte Bleche mit dem Laser zu einem 3D-Objekt geschnitten, geklebt, gesintert oder gepresst. So können Sie 3D-Objekte aus Kunststoff, Aluminium und Papier drucken.

Die Quelle für die Aluminiumobjekte ist übrigens die entsprechende Folie – sie wird mittels Ultraschallvibration „gesintert“.

Trotz der Leichtigkeit des Ausgangsmaterials sind Papiermodelle sehr haltbar und ihre Kosten werden praktisch nicht ins Gewicht fallen. Aber wir müssen der Tatsache ins Auge sehen, dass bei dieser Art der Produktion sehr viel Abfall anfällt. Letzteres kann zwar vermieden werden, indem mehrere kleine Objekte gleichzeitig auf demselben Blatt platziert werden.

SLA

Um zu verstehen, wie Stereolithografie funktioniert, stellen Sie sich eine mit Wasser gefüllte Badewanne vor Flüssigpolymer. Der über die Oberfläche geleitete Laserstrahl polymerisiert die Schicht. Sobald eine der Schichten fertig ist, senkt die Plattform das Werkstück ab, so dass das Flüssigpolymer die Lücken ausfüllt. Dann ändert sich die Situation: Das Werkstück wird nach oben gehoben und der Laser selbst wird unten platziert.

Die Arbeit mit dieser Methode erfordert eine Oberflächenbehandlung, um die Oberfläche zu schleifen und überschüssiges Material zu entfernen. Manchmal wird das Ergebnis zusätzlich in ultravioletten Öfen gebacken.

Ein solcher Drucker sollte nicht zu Hause aufbewahrt werden:

• aufgrund der Toxizität des Photopolymers;
• teuer im Unterhalt.

SLS

Das selektive Lasersintern ähnelt der oben genannten Technologie, verwendet jedoch lasergebranntes Pulver anstelle von Photopolymer. Sie können nicht befürchten, einen Bruch in den Prozess des Teils, und als ein Verbrauchsmaterial ist es durchaus möglich, Stahl, Nylon, Bronze, Titan, Keramik, Glas, Gießerei Wachs und anderen Materialien zu verwenden.

Technologie für die Erstellung komplexer Objekte. Es eignet sich zum Beispiel hervorragend für die Herstellung von Prototypen aller Art – zum Beispiel, Für Schmuck. Ungebackenes Pulver stützt die überhängenden Elemente – es müssen also keine speziellen Stützgehäuse gebaut werden.

3DP

Bei der 3DP-Methode wird zunächst Klebstoff auf das Material aufgetragen, dann eine Schicht aus frischem Pulver und schließlich alles noch einmal. Das Ergebnis ist ein gipsähnliches Material (Sandstein). Durch Hinzufügen von Farbe zu diesem Klebstoff entstehen farbige Objekte. Die Technologie ist sicher für den Einsatz zu Hause und im Büro. Für Materialien geeignet, die aus Glas, Knochen, Gummi und sogar aus Sägemehlpulvern bestehen.  Es ist möglich, eine essbare Figuren (mit Schokolade oder Puderzucker) – nur in diesem Fall wird ein spezieller Lebensmittelkleber verwendet.

Die Nachteile sind die grobe Oberfläche und die geringe Auflösung des Endergebnisses.

Klassifizierung der Drucker nach der Art des verwendeten Materials

Gefüllt in Technik definiert Arten von 3d-Druckern. Laser Einheiten Sinter- und Laminatpulver. Tintenstrahl Der 3D-Drucker wiederum verklebt die Schichten des verwendeten Basismaterials und backt sie dann zusammen. Der nächste Schritt ist die Kühlung. Hier können photopolymere Kunststoffarten, Harze, Pulver, Silikon, Metall und Wachskomponenten verwendet werden. Schauen wir uns an, wie diese Technik bei verschiedenen Materialien funktioniert.

Pulver

Das Funktionsprinzip der Technik ist wie folgt:

• Anhand eines vorgegebenen Musters beginnt der Druckkopf, ein spezielles Bindemittel an bestimmten Stellen aufzutragen;
• das Pulver wird mit einer feinen Walze aufgetragen und auf das Material gesintert.
• der Prozess wiederholt sich danach.

Ein solches Gerät ist durchaus machbar mit eigenen Händen montieren – Das notwendige Zubehör ist ausreichend. Ein weiterer Vorteil dieser Maschine ist, dass sie mit Metallpulver arbeitet.

Gips

Die Gipsvariante ist ebenfalls mit Pulvern gefüllt, aber schon mit entsprechenden – von Gips bis Kitt, Zement und dergleichen. Erforderliche Verfügbarkeit Bindemittel. Solche Drucker werden am häufigsten für die Herstellung von Innendekorationen verwendet. Hier werden alle möglichen Formen geschaffen.

Photopolymer

In diesem Fall werden flüssige Fotopolymere zur Herstellung der Objekte verwendet. Interessantes Prinzip Zahlen. Geführt von einem Computermodell, wird der ultraviolette Laser auf bestimmte Stellen strahlen. Unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht werden sie weiter gehärtet. Eine solche Beleuchtung erfolgt ebenfalls durch eine speziell vorbereitete Fotomaske – nur in diesem Fall wird eine UV-Lampe verwendet. Der Musterrohling ändert sich mit jeder neuen Ebene.

Wenn Sie sich für ein stereolithografisches Verfahren entscheiden, können Sie einen hochpräzisen 3D-Druck genießen. Der einzige Nachteil ist die langsame Geschwindigkeit, aber wenn Genauigkeit ein Thema ist, ist die Durchlaufzeit nicht so wichtig.

Wachs

Diese Art von Maschine druckt mit Wachs – einem Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt. hat den zusätzlichen Vorteil, dass es leicht zu verarbeiten ist. Deshalb ist die Klarheit und Genauigkeit der umgesetzten Konturen einwandfrei.

Wie man Farbe erhält

Um Objekte unterschiedlichster Farbgebung herstellen zu können, verwendet die Technik einen speziellen Druckkopf. Es gibt mehr als eine Extruder – Komponenten, die zum Schmelzen und Auftragen des verwendeten Verbrauchsmaterials geeignet sind.

Die meisten dieser Maschinen werden für die Herstellung von Kinderspielzeug verwendet. Ein weiterer Zweck ist die Herstellung von Designerschmuck.

Es gibt eine weitere Methode, die „Sublimation„. Dieser Druckertyp wird verwendet, wenn ein Bild (z. B. ein Foto) auf eine geprägte Oberfläche übertragen werden soll. Zur Herstellung des Musters werden die Farbstoffe an bestimmten Stellen erhitzt – durch den Temperatureffekt kommt es zur Verdunstung, und das gewünschte Muster bleibt erhalten.

Wie man einen 3D-Drucker auswählt

Bei der Auswahl eines Druckers muss zunächst entschieden werden, mit welcher Technologie gedruckt werden soll. Geräte auf Amateurebene, die einzigen, die potenziell vom Durchschnittsverbraucher und nicht von einem ganzen Unternehmen gekauft werden können, basieren auf einer Entwicklung namens Kunststoffstrahl (PJP), Einige Quellen bezeichnen es als Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF). Im Grunde ist es dasselbe.

Materialtypen für den Amateurdruck

Für das Bedrucken dieser Art von Geräten werden meist Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet. Es wird als Kunststoffschnur auf eine Spule gewickelt oder in Strohhalme geschnitten verpackt. In den meisten Fällen werden zwei Arten von Kunststoffen verwendet: ABS und PLA.

ABS-Kunststoff sicher, ungiftig, für Kinderprodukte geeignet, kann auch in Anwesenheit von Kindern verwendet werden. Produkte aus diesem Material sind widerstandsfähig und haben eine lange Lebensdauer. Der Nachteil von Kunststoff ist, dass er in der Sonne und bei extremer Kälte sein marktfähiges Aussehen verliert. Es wird üblicherweise in der professionellen Fertigung verwendet.

PLA-Kunststoff (Polylactid) spröder ist, hält es nicht so gut. Aber es ist dehnbarer und bietet mehr Möglichkeiten für komplexe Formen. Es ist ein Naturprodukt, da es aus Mais und Zuckerrohr hergestellt wird. Umweltfreundlich in der Entsorgung, zerfällt zu 100% in unschädliche Bestandteile. PLA-Materialien sind abriebfest, sie halten ihre eigene Geometrie. Folglich ist Kunststoff hervorragend für bewegliche Teile geeignet.  Im Allgemeinen handelt es sich eher um eine Amateurversion von Plastik.

Alternative Materialien für den 3D-Druck

Neben Kunststoff werden folgende Materialien für die Arbeit an solchen Druckern verwendet.

1. Rostfreier Stahl. Nur in professionellen Geräten verwendet. Bietet große Möglichkeiten für die Herstellung von Teilen.
2. Holz. Eigentlich kein Holz, sondern eine Mischung aus bindendem Polymer und Holzadditiv.  Dieses Material ist sehr teuer, es erfordert keine besonderen Fähigkeiten. Produkte aus diesem Material sind „warm“ – man kann es äußerlich nicht von Holz unterscheiden.
3. Harz auch teuer. Sie können Teile mit hoher Präzision und hervorragender Oberflächenqualität drucken – glatt und langlebig. Das Harz verliert seine Transparenz, wenn es der Sonne ausgesetzt wird.
4. Nylon. Es wird hauptsächlich für die Herstellung von Komponenten für industrielle und medizinische Anwendungen verwendet.

Wichtig! Beim Kauf eines Druckmaterials ist es wichtig, darauf zu achten, dass die Größe der Spule und die Dicke der Schnur mit den Spezifikationen des Druckers übereinstimmen.

Merkmale von 3D-Druckern

Um einen Drucker auszuwählen oder eine Analyse durchzuführen, um den Marktführer zu ermitteln, muss man verstehen, welche Merkmale der Geräte entscheidend sind.

1. Druckbereich. Dieser Parameter definiert das maximale Volumen der Teile, die mit diesem Gerät produziert werden können. Die Dokumentation spezifiziert oder würfelt das Volumen.cm oder das Längenmaß in mm.
2. Druckauflösung (Ebene). Die Dicke der Schicht, mit der das Material aufgetragen wird. Je höher die Auflösung, je feiner der Kunststoff, je leiser die Reliefs, desto höher die Oberflächenqualität. Unterhalb dieses Wertes werden die Teile eher „plump“ und ohne feine Details dargestellt. Bei einigen Geräten kann dies vom Bediener eingestellt werden.
3. Extruder. Dies ist die Betriebseinheit des Druckers, die für die Vorbereitung (Aufwärmen) und die Ausgabe von. Der Kunststoff (oder ein anderes Rohmaterial) wird durch die hohen Temperaturen in der Düse erweicht und dem Drucker zugeführt (extrudiert). Diese Baugruppe umfasst die eigentliche Düse, den Schnurtransport (Kunststoff-Filament), den Temperaturregler und den Kühlmechanismus. 3D-Drucker mit einem Extruder können nur mit einem Filament pro Durchgang arbeiten. Um den Mehrfarbendruck zu ermöglichen, muss das Gerät über mindestens 2-3 Extruder verfügen. Bei industriellen Anwendungen ist es möglich, in einer einzigen Einheit mit einer Doppeldüse zu drucken. Es ist teuer, und die Haushaltsgeräte sind nicht damit ausgestattet.
   

   3D-Drucker mit zwei Extrudern

4. Drucker können über USB und/oder Wi-Fi mit externen Geräten (Computer, Smartphone oder einfach nur einem externen Speicher) „verbunden“ werden. Dies ist nicht immer eine Voraussetzung für den Betrieb.
5. Drucker-Firmware (Software). Es ist standardmäßig vorinstalliert. Es ist für die Erkennung und Verarbeitung von Dokumenten im stl-Format für den anschließenden Druck zuständig. Diese Dateien werden in professionellen Programmen wie Sketchup und Autodesk Inventors Fusion erstellt.
6. Zusätzliche Funktionen. Ergonomie, Design und andere Details beeinträchtigen den Arbeitsablauf des Druckers nicht, bestimmen aber oft die Kosten.

3D-Drucker können als zusammengebaute Einheit oder als DIY-Einheit geliefert werden. Die zweite Option kostet deutlich weniger.

Zusammengefasst

Der 3D-Druck zieht eine große Zahl von Menschen an, die sich aus persönlicher Neugier oder zu Produktionszwecken dafür interessieren. Für diejenigen, die keine Erfahrung in diesem Bereich haben, ist es nicht schwer, die Kunst des volumetrischen Drucks zu erlernen, sowohl in virtuellen als auch in realen Kursen. Wichtiger ist: Für welchen konkreten Zweck wollen Sie ein solches Gerät kaufen?. Durch die Festlegung von Prioritäten und die Kenntnis der für die Anwendung verwendeten Technologie können Sie sicherstellen, dass Sie das Beste aus Ihrer Technologie herausholen.