Der 3D-Druck wandelt Spulen aus Kunststofffäden oder Harzschalen in physische Objekte um. 3D-Druck gehört überhaupt nicht in diese Welt. Die NASA unterhält einen 3D-Drucker auf der Internationalen Raumstation, und Astronauten können benutzerdefinierte Werkzeuge (wie diesen Reparaturschlüssel) herstellen, ohne sie in den Weltraum fliegen zu müssen.
Der 3D-Druck wurde von Studenten, Unternehmern, Amateuren und großen Fabriken übernommen. Da mit dem 3D-Druck digitale Entwürfe in greifbare Objekte umgewandelt werden können, wurde eine breite Palette von Anwendungen entdeckt.
Der Arzt kann ein physisches Modell der Anatomie des Patienten ausdrucken, um das Programm besser zu visualisieren und die Praxis zu demonstrieren. Fabrikingenieure können kundenspezifische Vorrichtungen und Vorrichtungen erstellen, die Zeit sparen und Schäden während der Herstellung reduzieren. Die Gemeinde fördert den unternehmerischen Raum, vermittelt STEM-Kenntnisse und hilft Neugründungen von Unternehmen, schafft neue Arbeitsplätze und lokale Möglichkeiten.
Während der 3D-Druck hauptsächlich zur Herstellung von Kunststoffobjekten verwendet wird, kann der 3D-Druck auch Metallobjekte herstellen, obwohl dies ein teureres und weniger verbreitetes Verfahren ist als der 3D-Kunststoffdruck.
Zusammenfassung
Was ist 3D-Druck? Beim 3D-Druck werden physische Objekte aus einem digitalen Modell erstellt. 3D-Druck ist ein Additionsprozess. Die Kunststoffschichten werden nacheinander aufgebaut, um Objekte zu erzeugen.
Wie wirkt sich 3D-Druck auf die Wirtschaft aus?
Der 3D-Druck ist ein wesentlicher Bestandteil der Herstellerbewegung und kommt der Gesellschaft, der Bildung, Unternehmern und traditionellen Unternehmen zugute. Es fördert die Schaffung neuer Produkte und neuer Unternehmen und vermittelt Fähigkeiten, die in eine Vielzahl von technischen und professionellen Berufen umgewandelt werden können.
Wie teuer ist der 3D-Druck im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren?
Kommt darauf an. Es kostet viel weniger und erstellt Prototypen, Vorrichtungen, Werkzeuge und Vorrichtungen mit 3D-Druck viel weniger Zeit. Sobald jedoch die Einrichtungs- und Werkzeugkosten bezahlt sind, können traditionelle Herstellungstechniken (wie Spritzguss) Objekte schneller und zu geringeren Kosten produzieren.
Wie wirkt sich 3D-Druck auf die Lieferkette aus?
Der 3D-Druck ist ideal für die kurzfristige Fertigung und die Produktion in kleinen Stückzahlen. Außerdem können Ersatzteile "in der Cloud gespeichert" werden, sodass keine Inventur erforderlich ist, bevor das Objekt benötigt wird. Indem 3D-Objekte global in digitaler Form bereitgestellt und lokal gedruckt werden, können Kosten und Zeit für den Transport vollständig eingespart werden.
Kann 3D-Druck die Fertigung verändern?
Die Fertigung unterliegt enormen Veränderungen, und der 3D-Druck ist eines der Elemente. Weitere Faktoren sind eine signifikante Steigerung des Datenvolumens und des Datendurchsatzes, eine verbesserte Analyse, verbesserte menschliche Faktoren und die Automatisierung verschiedener Produktionsprozesse.
Was ist 3D-Druck?
Beim 3D-Druck werden aus einem digitalen Modell Objekte (in der Regel aus Kunststoff, manchmal auch aus Metall oder Verbundwerkstoffen) erstellt. Die meisten 3D-Drucker fügen Material auf einmal zu einer sehr dünnen Schicht hinzu, weshalb 3D-Drucker als "additive Fertigung" eingestuft werden.
Wie funktioniert additive Fertigung?
Computerdrucker arbeiten normalerweise zeilenweise. Der 3D-Drucker ähnelt eher einem Plotter, der den Druckkopf entlang der X- und Y-Achse bewegt, um ein Muster zu zeichnen. Im Fall eines 3D-Druckers ist der 3D-Drucker dreidimensional. Sobald das Muster gezeichnet ist, bewegt sich der Druckkopf nach oben (oder der Druck wird verdeckt) und das andere Muster wird auf das erste Muster gezeichnet.
Wie funktioniert ein 3D-Drucker?
Es gibt verschiedene Arten von 3D-Druckern, aber wir werden uns auf zwei Arten konzentrieren: Fused Deposition Modeling (oder FDM) und Stereolithographie (oder SLA).
FDM beginnt mit einer Wendel. Dies sind normalerweise 1,75 oder 2,85 mm dicke Litzen, die auf die Spindel gewickelt werden. Der FDM-Drucker erwärmt das Filament, extrudiert es durch die Extruderdüse und legt eine Schicht auf die Aufbaufläche. Diese Schichten sind sehr dünn, und wenn jede geschmolzene Schicht auf die vorherige Schicht gelegt wird, schmilzt sie beim Abkühlen teilweise.
Im Laufe der Zeit - manchmal dauert es sehr lange - wird ein Objekt aus Hunderten oder Tausenden dieser Schichten aufgebaut.
SLA beginnt mit einem flüssigen Harz. Die Aufbauschale taucht in das Harz ein (normalerweise verkehrt herum) und Licht (manchmal vom LCD, manchmal vom UV-Laser) erzeugt eine chemische Reaktion im Harz, die aushärtet. Wenn jede Schicht Licht ausgesetzt ist, hebt der Drucker die Bauplattform etwas von der Harzzelle weg und legt die nächste Schicht frei.
FDM ist die häufigste Form des 3D-Materialextrusionsdrucks. SLA ist die häufigste Form des photopolymeren 3D-Drucks. Diese beiden Druckverfahren haben ein ausreichend niedriges Kostenniveau erreicht, das sich Verbraucher, Amateure, Pädagogen, Unternehmer und Kleinunternehmen leisten können, sie sind jedoch gewöhnlich auf die Herstellung von Kunststoffen, Kunststoffverbunden und Nylonmaterialien beschränkt. .
Andere Formen von 3D-Druckern können verwendet werden, erfordern jedoch hohe Anschaffungskosten. Dazu gehören das 3D-Drucken im Pulverbett (Auftropfen von Pulver und anschließendes Schmelzformen), die Herstellung von Laminaten (Zusammenkleben und anschließendes Schneiden von Blechen), die gerichtete Energieabscheidung (dies ist etwas ähnlich, wenn der Schweißer und der FDM-Drucker geboren wurden) und die Herstellung ohne Elektronenstrahlen (Ausstoßen eines Elektronenstrahls im Vakuum zur Erzeugung von Metallschmelze anhand eines 3D-Modells).
Diese letzten Formen des 3D-Drucks werden üblicherweise zur Herstellung von Metallteilen verwendet, während FDM und SLA am häufigsten zur Herstellung von Kunststoffgegenständen verwendet werden.
Allen gemeinsam ist, dass sie neue Objekte erstellen, indem sie nach und nach Rohstoffe hinzufügen und mischen.
Was 3D-Druck nicht ist
Der 3D-Drucker ist kein Star Trek-Replikator. Jeder, der einen 3D-Drucker besitzt, wird Ihnen sagen, dass seine Fantasie aufgeregt ist, sobald der Gast den Drucker in Aktion sieht. Fast sofort rufen sie die Arten von Gegenständen auf, die sie herstellen möchten. Oft sind dies nicht einmal existierende Gegenstände, aber sie glauben, dass die Magie des 3D-Drucks über Nacht neue Erfindungen hervorbringen kann.
Wie wirkt sich 3D-Druck auf die Wirtschaft aus?
So wie der 3D-Druck ein Faktor für den Trend zur Transformation der digitalen Fertigung ist, ist der 3D-Druck ein Element eines größeren wirtschaftlichen Trends und des Aufschwungs der Herstellerbewegung.
Ein aufregender Aspekt der Produktion ist ihre Inklusivität und Geschlechtsneutralität. Es umfasst alles von der Puppenherstellung bis zum Roboterdesign, vom Scrapbooking bis zur Möbelherstellung, von der Lederherstellung bis zum 3D-Druck. Dies ist ein Wort, das alles enthält, was die Dinge schlicht und einfach macht.
Die Herstellung unterscheidet sich von der Herstellung, obwohl dies häufig zur Herstellung führt. Wenn jemand ein Produkt entwirft und einen Prototyp baut, sollten Sie es in Betracht ziehen. Sobald der Prototyp in der aktiven Produktion ist, wird er hergestellt. Durch die Kombination von Desktop-Produktion mit Crowdfunding können Sie jetzt sehr komplexe Prototypen entwerfen, die dann von potenziellen Kunden finanziert werden.
Vor- und Nachteile von FDM- und SLA-Druckern
Da FDM- und SLA-Drucker Amateuren und Profis bereits zur Verfügung stehen, sind sie die am häufigsten verwendeten 3D-Druckertypen. Die Consumer-Version kann für Hunderte von Dollar verwendet werden, und professionelle Maschinen für das Prototyping und die Vorrichtungsherstellung kosten zwischen 3.000 und 6.000 Dollar.
Dies sind die 3D-Drucktechnologien, in die Sie am wahrscheinlichsten investieren.
FDM-Drucker
FDM ist die erste gängige Amateur-3D-Drucktechnologie, die nach wie vor marktführend in Bezug auf Marken- und Produktangebot sowie Verkaufsvolumen ist.
Eine der Hauptherausforderungen des 3D-Drucks besteht darin, ein erfolgreiches Drucken des Objekts zu erhalten. Das Drucken ist fehlgeschlagen, weil sich der abgelagerte Kunststoff zu schnell erwärmt oder abkühlt, weil sich die Schicht nicht erfolgreich verbindet, weil sich der Druck aufgrund eines Verstopfens der Filamente im Extruder sowie verschiedener anderer Produktionsprobleme von der Druckplatte löst.
FDM-Drucker können in einer Vielzahl von Kunststoffen drucken. Jeder Kunststoff hat unterschiedliche Eigenschaften, die das Bedrucken erleichtern oder erschweren und im fertigen Teil unterschiedliche Eigenschaften erzeugen.
Die gebräuchlichste Art von Filamenten ist PLA (Polymilchsäure), die sehr leicht zu bedrucken ist, jedoch sehr spröde sein kann und sich in der Sonne verformt.
Nylon ist sehr flexibel, erfordert jedoch normalerweise viel Fingerspitzengefühl, damit die Druckeinstellungen funktionieren.
ABS ist stärker (es besteht aus LEGO), aber seine Abkühlungsrate führt normalerweise dazu, dass die darunter liegende Wellung den gesamten Druck verzerrt. Es hat auch einen unangenehmen Geruch und mäßig giftige Dämpfe.
Einige Lieferanten spritzen Basiskunststoffe (hauptsächlich PLA) in andere Materialien, einschließlich Holz, Metall und Kohlefaser. Jede dieser Änderungen verändert die Eigenschaften des fertigen Druckobjekts.
Die meisten FDM-Drucker verfügen über einen Extruder, der jeweils eine Filamentrolle drucken kann. Weiterentwickelte (und teurere) FDM-Drucker können zwei, drei, vier oder mehr Filamente gleichzeitig drucken, sodass der Drucker Farben, funktionale Eigenschaften (wie feste Kunststoffe und flexible Scharniere) und lösliche Trägermaterialien mischen kann.
Der Druck besteht aus einer Schnur geschmolzenen Kunststoffs, so dass ein Überhängen ein Problem sein kann. Obwohl FDM-Drucker normalerweise Kreise oder Winkel von bis zu 45-60 Grad drucken können, können sie nicht auf den Luftspalt drucken, da der geschmolzene Kunststoff einfach in den Spalt einsinkt.
Um die großen Lücken zu kompensieren, produzieren die meisten Drucker eine Stütze oder einen temporären Plastikturm, der den Brückenbereich stützen kann. Der Monofilamentdrucker verwendet dasselbe Material wie das Objekt selbst und verfügt über eine Reihe von Einstellungen, die das Entfernen des Trägers erleichtern.
Doppelfadendrucker drucken häufig mit einem auflösbaren Trägermaterial wie PVA (Polyvinylalkohol), das im Wesentlichen dem Material entspricht, aus dem Elmer's Glue hergestellt wird. Sobald der Doppelfilamentdruck abgeschlossen ist, wird er stundenlang (oder manchmal tagelang) in Wasser getaucht, und der PVA löst sich auf, wobei ein intakter Druck mit den offenen Lücken verbleibt, die der Designer für das endgültige Objekt vorgesehen hat.
Da FDM-Drucker in Schichten drucken, kann die Ausrichtung des zu druckenden Objekts wichtig sein. Bindungen zwischen Schichten sind oft schwächer als lineare Kunststoffbahnen. Daher sollte bei der Platzierung auf dem Bett berücksichtigt werden, dass Objekte möglicherweise unter Stress stehen.
FDM-Drucker gibt es in verschiedenen Größen. Je größer das Format, desto schwieriger wird der Druck, da es oft schwierig ist, die Wärmeeigenschaften innerhalb der gesamten Aufbaufläche auszugleichen.
FDM-Drucker bieten auch eine Vielzahl von Düsengrößen an. Je größer die Düse ist, desto mehr Material wird pro Minute extrudiert, aber desto weniger wird das Endergebnis verfeinert. Je kleiner die Düse ist, desto detaillierter ist der Ausdruck. Das Drucken mit großen oder kleinen Düsen bringt andere Herausforderungen mit sich, die häufig in Bezug auf Träger, Überbrückung und Wärmemanagement stehen.
SLA-Drucker
SLA-Drucker haben viele Funktionen, die sie aus dem Mainstream herausheben:
Die von ihnen verwendeten flüssigen Harze sind in ihrer ungehärteten Form hochgiftig. Wenn Sie es bekommen, kann es schmerzhafte Verbrennungen oder Hautausschläge verursachen.
Der fertige Druck muss im Bad verarbeitet und anschließend ausgehärtet werden. Sie verformen sich während dieser Bearbeitungszeit. Sie sind auch giftig.
SLA-Drucker sind aufgrund von Flüssigharzen und Verarbeitungsbädern umständlicher als FDM-Drucker.
SLA-Drucker weisen normalerweise sehr kleine Bauflächen auf, was zu normalerweise kleinen Ausdrucken führt. Harze werden typischerweise speziell für einen bestimmten Drucker formuliert, so dass der Benutzer das Produkt des Lieferanten sperren kann, was die Material- und Farbauswahl einschränken kann.
SLA-Drucker werden jedoch immer beliebter, vor allem, weil sie Drucke mit sehr feinen Details und einigen Schichten von Schichten produzieren. Dies macht sie besonders geeignet für das Prototyping von Schmuckdesigns und Stempeln, kleinen medizinischen und zahnmedizinischen Designs und Hobbys wie Modelleisenbahnen und Spielminiaturen.
Gestaltung und Vorbereitung von Drucken
Beim Übergang von kreativen zu 3D-gedruckten Objekten müssen zunächst zwei Softwaretooltechnologien durchlaufen werden: 3D-Modellierungssoftware (oder CAD-Software) und ein Slicer.
3D-Modellierungssoftware
3D-Modellierungssoftware (auch als CAD (Computer Aided Design) bezeichnet) kann als Erstellungsmodul für 3D-Modelle betrachtet werden. Auf die gleiche Weise können Sie mit Photoshop Grafiken erstellen, mit Illustrator Illustrationen erstellen oder mit Word Artikel wie diesen erstellen und mit CAD-Software 3D-Modellentwürfe erstellen.
Es gibt viele CAD-Programme, und jedes Programm eignet sich am besten für verschiedene Aufgaben. Ich wechsle zwischen TinkerCAD und Fusion 360, je nachdem, ob ich ein schnelles Teil oder ein komplexeres Design erstellen möchte.
Slicer
Das CAD-Programm generiert ein virtuelles Modell des 3D-Objekts. Die meisten 3D-Drucke werden jedoch Schicht für Schicht ausgeführt. Das Umwandeln eines 3D-Entwurfs in eine Reihe von Maschinenbewegungen auf einer zweidimensionalen Ebene (und das anschließende Bewegen der Ebene) ist Aufgabe des Slicer-Programms.
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