Wie funktionieren 3D-Drucker? Hier finden Sie Informationen zur additiven Fertigung

3D-Druck ist heutzutage überall. Die Leute verwenden es, um alles von Produktprototypen bis zu Düsentriebwerken und alles dazwischen herzustellen - aber wie funktionieren 3D-Drucker genau? Wie stellen diese magischen Maschinen in wenigen Stunden dreidimensionale Objekte - praktisch jeder Form - her? Wenn Sie jemals neugierig auf diese Dinge waren, haben Sie Glück. Hier ist ein kinderleichter Überblick über die vier heute am häufigsten verwendeten 3D-Drucktechnologien.

FDM

Die Modellierung der Filamentabscheidung, auch als Herstellung von verschmolzenen Filamenten bekannt, ist die häufigste Art des 3D-Drucks - zumindest auf der Verbraucherseite. Wenn Sie einen 3D-Drucker schon einmal persönlich gesehen haben, stehen die Chancen gut, dass es sich um einen FDM-Drucker handelt.

Funktionell funktioniert eine durchschnittliche FDM-Maschine ähnlich wie eine Heißklebepistole, die von einem Roboter bedient wird (interessanterweise wurde FDM bereits in den 1980er Jahren so erfunden!). Festes Material geht in ein Ende, wird durch eine heiße Düse gedrückt, schmilzt und wird in dünnen Schichten abgeschieden. Dies geschieht immer wieder, bis ein dreidimensionales Objekt entsteht. Der einzige Unterschied besteht darin, dass diese 3D-Drucker anstelle von Klebstoff normalerweise ein thermoplastisches Filament wie ABS oder PLA verwenden. Diese speziell entwickelten Kunststoffe sind so konzipiert, dass sie bei einer bestimmten Temperatur schmelzen und flüssigkeitsähnlich werden, aber nach nur wenigen Grad Abkühlung wieder in einen festen Zustand zurückkehren.

Im einfachsten Sinne ist der FDM-3D-Druck im Grunde immer wieder 2D-Druck. Jedes Mal, wenn eine Schicht fertig ist, bewegt sich die Düse ein wenig nach oben (oder manchmal bewegt sich das Bett nach unten) und die nächste Schicht wird darauf gedruckt. Nachdem Hunderte oder sogar Tausende von Ebenen übereinander gestapelt wurden, ist das Ergebnis schließlich ein 3D-Objekt.

SLA / DLP

SLA und DLP sind zwei Seiten derselben Medaille. SLA (Stereolithographie) und DLP (digitale Laserprojektion) verwenden beide Licht, um Objekte in einem Pool aus photoreaktivem Harz zu „wachsen“. Der Unterschied besteht darin, dass SLA einen Laser - einen winzigen Punkt konzentrierten Lichts - über einen bestimmten Bereich blitzt, um ihn zu härten und eine Schicht zu erzeugen. Im Gegensatz dazu härten DLP-Maschinen alle Bereiche einer Schicht gleichzeitig aus, indem sie Licht in Form dieser Schicht auf das Harz projizieren.

Unabhängig von den technischen Besonderheiten arbeiten SLA / DLP-Maschinen im Allgemeinen auf ähnliche Weise. Zu Beginn wird die Bauplatte des Druckers in einen Pool aus flüssigem Harz abgesenkt und stoppt nur einen Bruchteil eines Millimeters, bevor sie den Boden erreicht. Diese Grundplatte ist übrigens völlig transparent - so dass Licht durch den Boden scheint. In diesem Fall verfestigt sich jedes flüssige Harz, das direkt vom Licht getroffen wird, wodurch die erste Schicht eines Objekts gebildet und mit der Bauplatte verschmolzen wird. Danach bewegt sich die Bauplatte einige Mikrometer nach oben (wodurch mehr flüssiges Harz darunter angesaugt wird), und der Prozess beginnt von vorne. Auf diese Weise werden Objekte Schicht für Schicht von unten nach oben erstellt.

SLS

Der SLS-Druck funktioniert ganz anders als FDM und SLA. Um ein Objekt zu erzeugen, blitzt die Maschine einen Laser über ein Bett aus superfeinem Pulver und verschmilzt die Partikel zu einer dünnen, erstarrten Schicht. Das Gerät fegt dann mehr Pulver über die Oberseite dieser Schicht (vergräbt sie effektiv) und wiederholt den Vorgang, bis der Druck abgeschlossen ist.

Das Drucken von Objekten auf diese Weise hat eine Reihe von Vorteilen. Es funktioniert mit einer Vielzahl von Materialien, kann große Überhänge und Spannweiten ohne Verwendung von Trägermaterial drucken und die von ihm hergestellten Teile sind von extrem hoher Qualität. SLS-Drucker können Objekte herstellen, die fast so gut sind wie Teile, die durch Spritzgießen, Fräsen und andere traditionelle Herstellungsverfahren hergestellt wurden.

Der einzige Nachteil? SLS-Drucker sind im Vergleich zu ihren FDM- und SLA / DLP-Gegenstücken unverschämt teuer. Dies liegt daran, dass Hochenergielaser, die in der Lage sind, superfeine Partikel miteinander zu verschmelzen, anfangs ziemlich teuer sind. Im Allgemeinen kosten selbst die billigsten SLS-Drucker mehr als 200.000 US-Dollar - und die High-End-Drucker können leicht Millionen kosten. Es gibt jedoch eine Handvoll Unternehmen, die derzeit daran arbeiten, diese Technologie zu demokratisieren und zugänglicher zu machen. Daher besteht die Möglichkeit, dass SLS-Drucker in nicht allzu ferner Zukunft Hobbyisten und Verbrauchern zur Verfügung stehen.

Polyjet

Stellen Sie sich den Polyjet-Druck als eine großartige Mischung aus FDM-, SLA-Druck und normalen 2D-Tintenstrahldruckern vor. Diese Maschinen spritzen winzige Tröpfchen aus photoreaktivem Harz auf eine Oberfläche und härten sie dann sofort mit ultraviolettem Licht aus (härten). Dieser Vorgang wird dann hunderte (wenn nicht tausende) Male wiederholt, um Objekte Schicht für Schicht zu erstellen. Der große Unterschied besteht darin, dass Polyjet-Maschinen im Gegensatz zu FDM-Druckern Material aus mehreren Düsen (daher der Name) gleichzeitig abscheiden können - was ihnen eine Vielzahl von Vorteilen bietet.

Der wohl größte Vorteil von Polyjet besteht darin, dass Objekte mit einer Vielzahl unterschiedlicher Farben, Verläufe und Muster erstellt werden können. Viele Polyjet-Maschinen können auch mit mehreren Materialien gleichzeitig drucken. Wenn Sie beispielsweise ein Akku-Bohrgehäuse mit einem Nylonkörper und einem Gummigriff benötigen, kann ein ausreichend fortschrittliches Polyjet-Gerät dieses Objekt möglicherweise in einer Drucksitzung herstellen. Darüber hinaus können Polyjet-Drucker extrem hohe Auflösungen erzielen - so sehr, dass es oft schwer zu sagen ist, dass ein in einem High-End-Polyjet-Gerät hergestelltes Objekt 3D-gedruckt wurde.