Was ist ein 3D-Drucker?

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 in den Produktionsstätten, sondern auch zu Hause möglich, dafür reicht 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 Schichten des Materials erhalten. Als Basis werden Thermoplaste und Photopolymerharze verwendet, aber mit der Entwicklung der Technologie nimmt die Menge der Materialien, die als Rohstoffe verwendet werden, zu.

Das Verfahren zur Herstellung von Produkten sieht folgendermaßen aus:

1. Der Prozess des Erzeugens eines 3D-Modells, d.h. Es wird ein visuelles Bild des zukünftigen Produkts unter Beibehaltung aller Proportionen entwickelt. Das Modell wird mit einer speziellen Software erstellt.
2. Nach dem Erstellen des Modells müssen Sie die Datei verarbeiten. Bei der Verarbeitung wird eine Datei in einen digitalen Code konvertiert, der das gesamte Modell in mehrere parallele Ebenen unterteilt. Auf diese Weise werden Befehle für das 3D-Gerät generiert, die das Material zur Erstellung des Objekts verteilen.
3. Die letzte Stufe ist der 3D-Druck des Produkts, d. H. der Prozess der Schaffung von Produkten durch die Schichtung des Materials. Der Prozess wird unter Verwendung eines Druckkopfs (Extruders) durchgeführt, der sich entlang der 0Y- und 0X-Achsen bewegt, d.h. Das Material wird nur entlang der horizontalen Ebene gemäß 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. Danach wird die nächste horizontale Schicht aufgetragen.

Hilfe: Der Druckprozess kann je nach Herstellungstechnologie variieren, aber der gesamte Prozess der Produkterstellung besteht darin, das Material zu schichten.

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 / Direction Modeling) und SLA (Laser Stereolithography / Laser Stereolithography).

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

1. Die Spule oder der Faden ist in einem Extruder installiert. Unter der Einwirkung der Heizeinrichtung beginnt das Material zu schmelzen und tritt durch den Kanal in die Arbeitsfläche ein.
2. Der Extruder führt die Bewegung an den angegebenen Koordinaten gemäß dem digitalen Code durch. Die Herstellung erfolgt schichtweise zur Horizontalen.
3. Bei der Herstellung komplexer Produkte werden zwei Materialien verwendet: das Haupt- und das Hilfsmaterial. Das Produkt wird unter Verwendung des Basismaterials 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: Das Hilfsmaterial wird anschließend mit einem speziellen Lösungsmittel entfernt oder kann leicht abgebrochen werden.

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

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

1. Die Arbeitsfläche wird in einen Behälter mit einer Photopolymerflüssigkeit bis zu einer Tiefe von einer Schicht abgesenkt;
2. Die Energiequelle (Laser) schneidet die Form des Objekts gemäß den angegebenen Koordinaten des Objekts;
3. Der Polymerisationsprozeß läuft ab, wodurch an den Berührungspunkten eine Verfestigung eintritt;
4. Der Vorgang wird für jede Schicht wiederholt, bis das Objekt hergestellt ist;
5. Nach der Produktion 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 modernsten Technologien, benötigt jedoch teure Materialien. Es gibt auch weniger bekannte Druckarten:

SlS (Selective Laser Sintering) Das Prinzip zur Erzeugung eines Objekts besteht darin, eine dünne Materialschicht in Form eines Pulvers auf den Arbeitsbereich aufzutragen, der unter Einwirkung eines Lasers gesintert wird. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass keine Hilfselemente verwendet werden müssen, jedoch eine zusätzliche Wärmebehandlung erforderlich ist. Bietet keine Verwendung unter häuslichen Bedingungen.

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

Durch den 3D-Druck kann 3D-Stift zugeordnet werden. Das Funktionsprinzip ähnelt der FDM-Technologie, sieht jedoch kleiner aus und dient zur Erstellung von Zeichnungen mit dreidimensionalem Effekt.

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. Für komplexere Strukturen in allen Branchen werden Details beliebiger Komplexität erstellt. Der relevanteste und notwendigste Bereich ist jedoch nach wie vor die Medizin.

Mehrere Unternehmen entwickeln organische Imitatoren, die natürliche Stoffe praktisch ersetzen können. Mit dem 3D-Druck können Sie auch die prothetische Umgebung der Gelenke unterstützen. Die häufigste Anwendung der dreidimensionalen Fertigung hat in der Zahnheilkunde stattgefunden. Neben der Prothetik werden mit Druckern auch Scheinorgane 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 bekannten Fälle ist die Entstehung einer Schildkrötenpanzer, die bei einem Waldbrand verletzt wurde. So hat eine neue Hülle das Leben eines Tieres gerettet, und es gibt viele solcher Fälle. Ein weiterer einzigartiger Fall ist die Beinprothese für einen Elefanten. Die Einzigartigkeit des Falles liegt in der Tatsache, dass aufgrund des großen Gewichts des Tieres Prothesen für den Elefanten praktisch nicht angefertigt werden.

Dank moderner Drucktechnologie können Sie sogar ein ganzes Gebäude erstellen. Während des Baus eines kleinen Hauses (37 m²) verbrachten die Forscher nur 24 Stunden und es stellte sich heraus, dass es zweimal billiger war als die übliche Methode.