Additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, wird zunehmend in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Bildung, Fertigung, Robotik, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Bauwesen, Architektur, Zahnmedizin, Schmuck und Ingenieurwesen. Durch die Verlagerung der Fertigung ins eigene Haus können Sie erheblich Kosten sparen und mehr Freiheit bei der Gestaltung von Prototypen und Iterationen haben.

Zu Beginn kann es schwierig sein, die verschiedenen 3D-Drucktechnologien, Prozesse und Materialien zu verstehen und zu unterscheiden, besonders für Neueinsteiger. Welche 3D-Drucktechnologien stehen Unternehmen zur Verfügung? Ein genauerer Blick auf die fünf 3D-Drucktechnologien, die diese Branchen disruptiv verändern, wird Ihnen helfen, die unterschiedlichen Arten des 3D-Drucks besser zu verstehen.

Komposit-3D-Druck

Der Metall- und Komposit-3D-Druck steht kurz davor, die additive Fertigung zu revolutionieren.

 

Druck-Scanning/Prozessinspektion: Mit dieser Funktion können Sie Ihr Bauteil drucken, es scannen und seine dimensionalen Genauigkeit in Echtzeit messen.

Schrittmotor-Codierer: Mit diesen Codierern an den X-, Y- und Extrusionsmotoren kann der Drucker automatisch Positionsgenauigkeitsfehler korrigieren. Letztendlich sparen Sie mehr Geld, da das Problem automatisch behoben werden kann und mehr Drucke gerettet werden können. Außerdem erhalten Sie beeindruckende Oberflächenfinishs, da die Codierer sicherstellen, dass der Druckkopf exakt positioniert ist.

Materialerkennung: Wenn das Material während des Drucks zur Neige geht, pausiert diese Funktion den Prozess und sendet Ihnen eine E-Mail-Benachrichtigung. Mit der Neulade-Funktion können Sie weiter drucken, während Sie neues Material hinzufügen.

Stille Antriebe: Mit stillen Antrieben können die industriellen 3D-Drucker von Markforged 3D-Druck durchführen, ohne auch nur ein Geräusch zu erzeugen.

Mikrocontroller: Da die X- und Y-Offsets bereits kalibriert und im Druckkopf gespeichert sind, ist keine Kalibrierung erforderlich, wenn Sie den Druckkopf mit dem Mikrocontroller ersetzen. Mit diesem Werkzeug können Sie auch Fehler erkennen und verhindern, bevor sie auftreten, und Wartungsprobleme erkennen.

SLA (Stereolithografie)

Alternativ als SLA bekannt, ist Stereolithografie eine 3D-Drucktechnik, die Licht verwendet, um flüssige Harze in festen Kunststoff zu härten. Invertierte Stereolithografie ist das am häufigsten verwendete SLA-System. Das Harz wird normalerweise manuell vom Benutzer oder automatisch aus einem Kartuschensystem dosiert, je nach 3D-Drucker. Zum Starten eines Drucks muss die Bauplatte in das Harz abgesenkt werden. Der Boden des Tanks und die Bauplatte sind durch eine dünne Schicht Flüssigkeit getrennt. Durch ein translucides Fenster am Boden des Harztanks wird der UV-Laser vom Galvanometer oder den Galvos gezielt auf das Material gerichtet, um es selektiv zu verfestigen. Jede nachfolgende Schicht beginnt mit einem Druck, der eine Mikron-Dicke von weniger als 100 Mikrometern hat.

3D-Drucker mit SLA-Technologie können Teile mit komplexen Geometrien und feinen Details mit hervorragenden Ergebnissen produzieren. Meistens müssen Sie Stützstrukturen verwenden, da die gedruckten Teile gereinigt und dann UV-härtend behandelt werden müssen, manchmal in einem Ofen, bevor sie verwendet werden können.

Ursprünglich wurde SLA nur in großen Maschinen für industrielle Anwendungen in den 80er Jahren verwendet. Neben der Tatsache, dass es heute günstiger ist als je zuvor, bieten Desktop-Stereolithografie-3D-Drucker auch hochauflösenden 3D-Druck, der problemlos in Ihren Arbeitsplatz passt. Die Flexibilität von SLA ermöglicht es Ihnen, Produkte mit einer umfangreichen Palette von Materialien zu erstellen, was Ihnen eine endlose kreative Freiheit bietet.

FFF (Fused Filament Fabrication)

Der am häufigsten verwendete Prozess in der additiven Fertigung ist die Fused Filament Fabrication (FFF). Aufgrund der einfachen Handhabung und da keine Chemikalien verwendet werden, ist es kosteneffektiv. Ein Rollo von thermoplastischem Filament wird typischerweise für FFF verwendet, das von einer Spule abgegeben wird. Eine beheizte Düse, die an ein automatisiertes Bewegungssystem angeschlossen ist, wird verwendet, um das Filament in der Fused Filament Fabrication zu extrudieren. Während ein Teil in 3D gedruckt wird, bewegt sich das Bewegungssystem um den Bereich, in dem das Teil gedruckt werden soll. Geschmolzenes Filament wird von der Düse auf die Bauplatte aufgebracht, während sich das Bewegungssystem bewegt. Es dauert eine Weile, bis das Filament abkühlt und sich zu einer Schicht verfestigt. Es dauert weniger als einen Millimeter, bis sich die Bauplatte bewegt, dann wird eine Schicht nach der anderen hinzugefügt, bis das Teil vollständig geformt ist.

Bestimmte FFF-3D-Drucker können mit zwei Materialien gleichzeitig drucken, indem sie die Dual Extrusion-Funktion nutzen. Ein typischer ästhetischer Einsatz von zwei verschiedenen Farben für dasselbe Material ist es, ihm ein ansprechenderes Aussehen zu verleihen. Variationen in den mechanischen Eigenschaften werden durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien erreicht. Neben dem Bau-Material kann auch ein wasserlösliches PVA-Stützmateral verwendet werden. Das Eintauchen in Wasser löst das Stützmaterial auf, wodurch das endgültige Design des Teils hochwertig erscheint und nur minimaler Nachbearbeitung bedarf.

Ein 3D-Drucker mit FFF-Technologie ist perfekt für Büroumgebungen, da die Maschinen relativ einfach zu bedienen und zu warten sind. Im Gegensatz zu SLA-3D-Druckern benötigen FFF-Drucker keine gute Belüftung zur Herstellung oder Nachbearbeitung von Objekten. Im Vergleich zu anderen Methoden bieten FFF-3D-Drucker eine breite Palette an Verbrauchsmaterialien zu relativ niedrigen Kosten. Einfach einzurichten, können die Verbrauchsmaterialien jahrelang gelagert werden.

LFS (Low Force Stereolithography)

Diese nächste Generation der Stereolithografie wird als Low Force Stereolithography (LFS) bezeichnet. Formlabs kündigte Ende 2019 die 3D-Drucker Form 3 und Form 3L an. Diese ausgeklügelten 3D-Drucker nutzen lineare Beleuchtung und die Formlabs Form 3-Technologie, wobei ein flexibler Tank verwendet wird, um ein makelloses Oberflächenfinish zu liefern. Die Formlabs Form 3 kann beispielsweise konsistent hochwertige Drucke liefern, aufgrund der niedrigeren Druckkräfte des Low Force Stereolithography-Druckprozesses. Durch das einfache Abreißen von leichten Stützstrukturen kann die benötigte Zeit und der Aufwand zur Herstellung und Pflege von Teilen reduziert werden. Sie können sich dann auf alles andere konzentrieren, wie zum Beispiel Design und Erstellung.

Metall-3D-Druck

Der Metall-3D-Druck ist einer der fortschrittlichsten 3D-Druckprozesse, die heute verfügbar sind. Es handelt sich um einen organisierten Prozess, der es Ihnen ermöglicht, Teile druckfertig intern zu drucken und nachzubehandeln. In diesem Prozess müssen Sie:

Software-Teil-Setup: Die STL-Datei, die von Ihrer CAD-Software generiert wird, muss in ein Softwareprogramm importiert werden. Der 3D-Druck kann auf einer Vielzahl von Metallen durchgeführt werden. Um die Materialschrumpfung auszugleichen, werden die Teile automatisch vergrößert.

Druck: FFF-Druck verwendet ein plastikgebundenes Metallpulver, um Metallschichten zu drucken, bis Ihr Teil vollständig geformt ist.

Waschen: Teile müssen nach dem Drucken einen Rebindungsprozess durchlaufen. In diesem Schritt wird Wachs durch Waschen in einem Entfetter entfernt. Dadurch ist es bereit für die nächste Phase.

Sinterung: Dieser Prozess wird gefolgt, indem das Teil in einem Ofen zwischengesintert wird, um alle Plastikverbindungen zu verbrennen und das Metallpulver zu einer 3D-Teil mit einer relativen Dichte von etwa 96 % zu verschmelzen.

Endteil: Jetzt wird “reines” Metall verwendet, um das Teil herzustellen. In diesem Zustand kann es nachbearbeitet und behandelt werden wie jedes andere Metall.

Schlussfolgerungen

Jede 3D-Drucktechnologie hat ihre eigenen Anwendungen. SLA eignet sich hervorragend für kleinere, detaillierte Objekte mit komplexen Merkmalen. Eine LFS-Maschine ist am besten für die Hochvolumenproduktion geeignet, die konsistent hochwertige Ergebnisse liefert, ohne zusätzliche Arbeitskräfte zu erfordern. Budgetbewusste Personen werden FFF lieben. Diese Technologie ist einfach, kostengünstig, vielseitig und praktisch. Sie ist einfach zu bedienen, nimmt keinen zusätzlichen Platz ein und erfordert kein Fachpersonal zur Einrichtung und Bedienung. Die vielseitigen 3D-Druckprozesse von Kompositen und Metallen machen sie ideal für die Herstellung von robusten Teilen durch Unternehmen.