Die vollständige Anleitung zum 3D-Druck

3D-Druck ist eine digitale Prototyping- und Produktionstechnologie, bei der Kunststoff- oder Metallteile Schicht für Schicht hergestellt werden. Es wird auch als additive Fertigung bezeichnet, da Material schrittweise hinzugefügt wird, um das Teil zu bauen, im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungsverfahren – wie CNC-Bearbeitung, Laserschneiden, Plasmaschneiden, Wasserstrahl, Stanzen usw. – die Material entfernen, um ein Rohmaterial zu bilden .

Obwohl der 3D-Druck in den 1980er Jahren erfunden wurde, hat er im 21. Jahrhundert stark an Bedeutung gewonnen, wobei der 3D-Kunststoffdruck zu einer wichtigen Methode für die Prototypenerstellung und die hochwertige additive Metallfertigung geworden ist, die heute in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizin üblich ist.

Verschiedene Arten von 3D-Druckern funktionieren auf unterschiedliche Weise, obwohl sie normalerweise bestimmte grundlegende Eigenschaften aufweisen. Alle 3D-Drucker werden durch Computeranweisungen (in Form von G-Code) gesteuert und arbeiten durch Drehen von Rohmaterial – z. pulverisiertes Metall, flüssiges Harz oder thermoplastisches Filament – ​​in eine neue Form, Schicht für Schicht, bis ein vollständiges 3D-Objekt erstellt ist.

Obwohl die additive Fertigung in Produktionsqualität zunimmt, werden 3D-Drucker immer noch überwiegend als Prototyping-Tool verwendet. Dies liegt daran, dass sie sehr niedrige Anlaufkosten haben, keine Werkzeuge benötigen und sehr schnell einmalige Artikel drucken.

Dieser Leitfaden befasst sich mit den Grundlagen des 3D-Drucks, einschließlich der wichtigsten 3D-Drucktechnologien und -materialien, der Vorteile des 3D-Drucks gegenüber vergleichbaren Verfahren und gängiger Anwendungen des 3D-Drucks.

3D-Drucktechnologien

FDM

Fused Deposition Modeling (FDM), manchmal auch als Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt, ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der thermoplastisches Filament gedruckt wird, indem es bis zu einem geschmolzenen Zustand erhitzt und dann durch eine Düse auf einem sich bewegenden Druckkopf extrudiert wird.

FDM funktioniert durch Extrudieren eines stetigen Flusses thermoplastischen Materials aus einem Druckkopf, der sich entlang zweier Achsen bewegt (gemäß Computeranweisungen); Das extrudierte Material bildet auf dem Druckbett eine 2D-Form, kühlt ab und verfestigt sich schließlich. Der Druckkopf wird dann schrittweise angehoben, um sich auf die nächste 2D-Schicht zu bewegen, die auf die erste gedruckt wird, und dieser Vorgang wiederholt sich, bis die gesamte 3D-Form gedruckt ist.

Aufgrund seiner Materialvielfalt, Erschwinglichkeit und Verwendbarkeit in nicht-industriellen Umgebungen ist FDM die dominierende 3D-Drucktechnologie für Verbraucher und wird auch in professionellen Umgebungen häufig als Prototyping-Tool eingesetzt.

Zu den führenden Herstellern von FDM-3D-Druckern gehören Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax und LulzBot.

SLA

Stereolithographie (SLA) ist eine Form der Wannen-Photopolymerisation, bei der ein Laserstrahl verwendet wird, um 3D-Formen in einer Wanne aus lichtempfindlichem Flüssigharz herzustellen.

Der SLA-Prozess funktioniert, indem ein stark fokussierter Laserstrahl in einem präzisen Muster im Harzbehälter bewegt wird. Da das Harz lichtempfindlich ist, kann der Laserstrahl das Harz aushärten und verfestigen, aber nur in genau den Bereichen, auf die er fokussiert ist. Dadurch kann der SLA-3D-Drucker eine solide 2D-Form im flüssigen Harz formen, bevor er die Bauplattform schrittweise bewegt, um auf die nächste Schicht zu gelangen. (Eine verwandte Photopolymerisationstechnologie, Digital Light Processing (DLP), verwendet einen Projektor anstelle eines Laserstrahls.)

SLA ist ein präziser 3D-Druckprozess, der spröde Kunststoffteile mit glatter Oberfläche produziert. Es wird für das Prototyping und in Bereichen wie Zahnmedizin und Schmuckherstellung verwendet.

Zu den führenden Herstellern von SLA-3D-Druckern gehören Formlabs, Creality, XYZprinting und DWS Systems.

SLS

Selektives Lasersintern (SLS) ist eine 3D-Drucktechnologie, die einen Laserstrahl zum Sintern von Partikeln aus Pulvermaterial, typischerweise Nylon oder Polyamid, verwendet.

Während des SLS-Prozesses wird das Druckbett mit einer dünnen Pulverschicht bedeckt. Ein computergesteuerter Laser zeichnet dann eine 2D-Form in das Pulver, verschmilzt Partikel und erzeugt eine feste Form. Sobald eine 2D-Schicht fertiggestellt ist, bewegt sich das Druckbett schrittweise, um das Drucken aufeinanderfolgender Schichten zu ermöglichen. Da das gedruckte Teil immer von ungesintertem Pulver umgeben ist, benötigt es keine Stützstrukturen (eine Art gedrucktes Gerüst, das in Technologien wie FDM verwendet wird, um ein Teil zusammenzuhalten).

SLS wird sowohl im Prototyping als auch in der Kleinserienfertigung eingesetzt. Zu den Vorteilen gehören geometrische Freiheit und die Möglichkeit, mehrere dicht gepackte Teile in einem Druckauftrag zu drucken.

Zu den Herstellern von SLS-3D-Druckern gehören EOS, 3D Systems und Prodways (Industrie) sowie Sinterit, Sintratec und Formlabs (Desktop).

Multijet-Fusion

Multi Jet Fusion (MJF), entwickelt vom Druckgiganten HP, ist ein weiteres Pulverbett-Fusions-3D-Druckverfahren zur Herstellung von Polymerteilen.

Es ähnelt SLS, aber anstatt einen Laser zum Sintern von Pulverpartikeln zu verwenden, lagert es eine spezielle Tinte auf dem Pulver ab, die hilft, Infrarotlicht zu absorbieren; Infrarotlicht wird dann auf das Pulver gerichtet, wodurch die Partikel verschmelzen.

MJF kann als Kombination aus SLS und Binder Jetting betrachtet werden – ein Verfahren, das typischerweise zur Herstellung von Metallteilen verwendet wird.

Materialstrahlen

Nicht zu verwechseln mit Binder Jetting, Material Jetting ist eine eigenständige Familie von 3D-Druckverfahren, bei denen Tintenstrahldruckköpfe Material Schicht für Schicht auftragen.

Beim Material-Jetting-Prozess wird ein photoreaktives Material selektiv auf das Druckbett gespritzt und dann mit UV-Licht ausgehärtet – ähnlich wie SLA, aber ohne Flüssigkeitsbehälter. Der Prozess wiederholt sich Schicht für Schicht, bis das Teil fertig ist. Einige Drucker verwenden Continuous Jetting, während andere Drop-on-Demand verwenden.

Materialstrahl-3D-Drucker drucken typischerweise mit flüssigen duroplastischen Photopolymeren, die unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen können.

Zu den führenden Herstellern von Materialstrahl-3D-Druckern gehören 3D Systems, Stratasys (PolyJet) und Xjet.

SLM

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist ein additives Fertigungsverfahren für Metall und eine der wichtigsten Formen des 3D-Drucks für die Produktion von Endverbrauchsteilen.

SLM, eine Form der Pulverbettfusion, ähnelt SLS darin, dass ein Laser verwendet wird, der auf ein Bett aus Metallpulver gerichtet ist. Allerdings können Partikel vollständig geschmolzen statt nur gesintert werden, und das Verfahren wird verwendet, um verschiedene Metallpulver anstelle von Nylon und Polyamid zu verarbeiten. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass SLM typischerweise eine abgedichtete Druckkammer erfordert, die Inertgas enthält. Verbesserungen in der SLM-Technologie haben sie zu einer echten Alternative zum maschinellen Bearbeiten und Gießen gemacht.

SLM hat eine Vielzahl von Anwendungen, von Rapid Metal Prototyping bis zur Produktion von Endverbraucherkomponenten für die Luft- und Raumfahrt und medizinischen Titanimplantaten.

Zu den führenden Herstellern von SLM-3D-Druckern gehören SLM Solutions und Renishaw.

DMLS

Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) ist eine weitere Form der additiven Fertigung durch Pulverbettschmelzverfahren für Metallteile.

DMLS ähnelt SLS insofern, als es einen Laser zum Sintern von Partikeln verwendet; Es wird jedoch eher für Metalle als für Nylons verwendet. DMLS ähnelt in vielerlei Hinsicht auch SLM, aber sein Laser schmilzt das Rohmaterial nicht vollständig wie SLM. Daher ist DMLS typischerweise auf Metalllegierungen beschränkt.

Der DMLS-3D-Druck wird von EOS dominiert, das das Verfahren (und den DMLS-Namen) in den 1990er Jahren entwickelt hat.

Binder-Jetting

Binder Jetting ist ein einzigartiges 3D-Druckverfahren, bei dem ein Binder verwendet wird, um Teile aus Metall-, Sand- oder Keramikpulver herzustellen.

Beim Binder-Jetting-Verfahren wird das Druckbett mit Pulver beschichtet und das Pulver dann selektiv mit einem Bindemittel (einer Art Klebstoff) besprüht, um eine 2D-Form zu erzeugen. Das klebstoffartige Bindemittel bindet Partikel des Pulvers zusammen, anstatt sie beispielsweise zusammenzusintern. Die Konstruktionsplattform bewegt sich dann, damit der Drucker die nächste Schicht binden kann, und so weiter.

Binder-Jet-Teile müssen normalerweise nach dem Drucken wärmebehandelt oder (mit einem anderen Material) infiltriert werden, um das Bindermaterial zu entfernen und das Teil zu verstärken.

Zu den führenden Unternehmen für Binder-Jetting-3D-Drucker gehören 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged und HP.

3D-Druckmaterialien

Thermoplastische Filamente (FDM)

Die große Mehrheit der beim FDM-3D-Druck verwendeten Materialien sind thermoplastische Filamente, die in Spulen unterschiedlicher Größe erhältlich sind. Thermoplaste schmelzen beim Erhitzen und verfestigen sich beim Abkühlen wieder, ohne ihre chemische Zusammensetzung zu verändern; Dies macht sie perfekt für den 3D-Druck vom Extrusionstyp.

Ein gängiges thermoplastisches Allzweck-FDM-Filament ist Polymilchsäure (PLA), die einen niedrigen Schmelzpunkt hat und umweltfreundlich ist. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), das einen höheren Schmelzpunkt hat, sich aber leichter extrudieren lässt, ist eine weitere beliebte Wahl. Andere gängige Materialien für den FDM-3D-Druck sind PETG und PC.

Während die meisten bedruckbaren Thermoplaste starr sind, gibt es einige flexible FDM-Filamente wie TPE und TPU, die für gummiartige Teile geeignet sind.

Verbundfilamente (FDM)

Viele FDM-3D-Drucker sind in der Lage, Thermoplaste zu drucken, die mit Additiven wie Glas- oder Kohlefaser verstärkt sind. Diese Materialien können gewöhnlichen Thermoplasten eine weit überlegene Festigkeit aufweisen (da die Glasstücke oder geschnittenen Fasern jedoch zufällig ausgerichtet sind, sind die Materialien typischerweise schwächer als bedruckte Endlosfasern, die eine spezielle und teure Drucktechnologie erfordern).

Flüssigharze (SLA, DLP)

Materialien für 3D-Druckverfahren mit Wannen-Photopolymerisation wie SLA und DLP liegen in Form von flüssigen lichtempfindlichen Harzen vor, die Monomere, Oligomere und Photoinitiatoren enthalten. Diese Harze werden durch eine Lichtquelle gehärtet, um solide gedruckte Teile herzustellen.

Es gibt verschiedene Harze für unterschiedliche Anforderungen – einige sind beispielsweise vollständig transparent, während andere ein höheres Maß an Schlagfestigkeit bieten – aber sie haben keine universellen Namen wie Thermoplaste. Vielmehr stellen verschiedene Hersteller von Harzen für den 3D-Druck unterschiedliche Harzmischungen her, die häufig einfache Bezeichnungen wie „Standardharz“ oder „klares Harz“ haben.

Nylon/Polyamid-Pulver (SLS)

Das am weitesten verbreitete SLS-3D-Druckmaterial ist Nylon, ein technischer Thermoplast, der starke, steife und langlebige 3D-gedruckte Teile produziert.

SLS-3D-Drucker sintern Nylon in Pulverform, und es gibt einige verschiedene Arten von Nylonpulver (und anderen Pulvern), die gedruckt werden können. Nylon 12 ist ein gutes Allzweckmaterial für Teile und Prototypen, während Nylon 11 besonders stark und dehnbar ist. Aluminiumgefülltes Nylon und TPU sind weitere SLS-Pulveroptionen.

Metallpulver (SLM, DMLS)

Metalladditive Fertigungsverfahren wie SLM sind mit Metallpulvern kompatibel, die durch den Laserstrahl des Druckers geschmolzen werden können. Diese Pulver werden oft durch Gaszerstäubung hergestellt, wodurch kugelförmige Partikel entstehen, die leicht fließen.

Eine Vielzahl von Metallen steht als 3D-Druckpulver für SLM- und andere Pulverbettschmelzverfahren zur Verfügung. Dazu gehören hochfeste Hochtemperatur-Titanlegierungen; Aluminiumlegierungen; rostfreier Stahl; Kobalt-Chrom-Legierungen; und Nickellegierungen.

3D-Drucksoftware

3D-Drucker sind digitale Maschinen, und Software spielt daher eine wichtige Rolle im 3D-Druckprozess. Obwohl es einige Überschneidungen zwischen den Arten von 3D-Drucksoftware gibt (einige Softwarepakete enthalten viele verschiedene Tools), gibt es vier Hauptkategorien:3D-Modellierung, STL-Reparatur, Slicing und Druckverwaltung.

3D-Modellierungssoftware

CAD-Software (Computer Aided Design), manchmal auch als 3D-Modellierungssoftware bezeichnet, wird verwendet, um 3D-Modelle auf einem Computerbildschirm zu entwerfen, die schließlich in physische 3D-gedruckte Objekte umgewandelt werden können.

Mit dieser Art von Software können Sie 3D-Formen visuell modellieren, indem Sie Parameter auswählen oder Code schreiben. Zu den Funktionen können automatische Modellierungswerkzeuge, CAM-Integration und Simulationswerkzeuge gehören.

Einige gängige 3D-Druck-3D-Modellierungssoftware sind TinkerCAD und Fusion 360 (beide von Autodesk), SolidWorks von Dassault Systèmes, Rhino und Blender.

STL-Reparatursoftware

STL-Reparatur- oder Mesh-Reparatursoftware – manchmal zusammen mit CAD- oder Slicing-Software – wurde entwickelt, um 3D-druckbare Dateien zu analysieren und zu reparieren, um einen reibungslosen Druck zu ermöglichen.

Zu den beliebten eigenständigen STL-Reparaturpaketen gehören Magics von Materialise und Netfabb/Meshmixer von Autodesk, während die oben genannten Fusion 360 und Blender mit STL-Reparaturwerkzeugen geliefert werden.

Slicing-Software

3D-Modellierungssoftware erstellt Netzdateien, die Informationen über ein 3D-Modell enthalten, aber ein 3D-Drucker kann diese Dateien nicht berechnen. Hier kommt die Slicing-Software für 3D-Drucker ins Spiel.

Slicing-Software schneidet ein 3D-Netz in einzelne Schichten, die nacheinander in 3D gedruckt werden können, und exportiert die Daten über diese Schichten als G-Code, den ein 3D-Drucker lesen und ausführen kann.

Slic3r, Cura und Repetier sind allesamt gängige Slicing-Softwareanwendungen für den 3D-Druck.

Druckverwaltungssoftware

Einige Benutzer von 3D-Druckern – insbesondere diejenigen, die mehrere Drucker gleichzeitig verwenden – benötigen möglicherweise eine 3D-Druckverwaltungssoftware, um Druckaufträge zu verwalten, die Leistung und den Status der Maschine zu überwachen und die Materialversorgung zu überwachen.

Druckmanagement-Tools umfassen benutzerfreundliche webbasierte Tools wie OctoPrint bis hin zu professionellen Additive Manufacturing Execution Systems (MES) wie Materialise Streamics und Oqton FactoryOS.

Vorteile des 3D-Drucks

Die Verwendung des 3D-Drucks bietet zahlreiche Vorteile gegenüber alternativen Verfahren wie CNC-Bearbeitung und Spritzguss. Dazu gehören:

Geschwindigkeit: Gerade für das Rapid Prototyping von Einzelteilen ist der 3D-Druck eines der schnellsten Fertigungsverfahren. Digitale Dateien können mit minimaler Vorbereitung an einen 3D-Drucker gesendet werden. Dies kann Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, F&E-Zyklen verkürzen und die Markteinführungszeit verkürzen.

Kosten: Da keine kostspieligen Werkzeuge erforderlich sind, ist der 3D-Druck für die Herstellung von Einzelstücken oder Kleinserien sehr günstig. Es gibt auch minimale Materialverschwendung, da der Prozess additiv und nicht subtraktiv ist.

Geometrische Freiheit: Der 3D-Druck unterliegt weniger Designbeschränkungen als Verfahren wie das Spritzgießen, was komplexe Muster und sogar komplexe Innenabschnitte ermöglicht. Dies gilt insbesondere für Pulverbettverfahren wie SLS, da das Pulver die gedruckte Struktur von allen Seiten unterstützt.

Konsistenz: Obwohl der 3D-Druck häufig für Einzelstücke und Prototypen verwendet wird, produziert er tatsächlich sehr konsistente Duplikate, da die Teilequalität nicht von Faktoren wie Lebensdauer der Form oder Werkzeugverschleiß abhängt.

Zu den Einschränkungen des 3D-Drucks gehören Langsamkeit bei großen Volumen, begrenzte Teilefestigkeit im Vergleich zu subtraktiven und formenden Verfahren, Materialkosten (FDM-Filament ist beispielsweise teurer als entsprechende Mengen an Spritzgusspellets), begrenzte Materialauswahl und begrenzte Farboptionen.

3D-Druckanwendungen

Der 3D-Druck wird in einer Reihe von Branchen eingesetzt, sowohl für das Rapid Prototyping als auch für die Kleinserienproduktion.

Schnelles Prototyping

Branchenübergreifend ist eine Schlüsselanwendung des 3D-Drucks das schnelle Prototyping neuer Teile während der Forschung und Entwicklung. Keine andere Technologie ist so gut für die sofortige Fertigung von Kunststoff- oder Metallteilen gerüstet – selbst in Umgebungen außerhalb von Fabriken.

3D-Drucker können von Unternehmen intern genutzt werden, während einige Unternehmen es vorziehen, 3D-gedruckte Prototypen über Servicebüros zu bestellen.

Medizin

Der 3D-Druck kann verwendet werden, um medizinische Komponenten wie patientenspezifische Titanimplantate und Bohrschablonen (SLM), 3D-gedruckte Prothesen (SLS, FDM) und sogar 3D-biogedrucktes menschliches Gewebe herzustellen. Komponenten für medizinische Geräte und Maschinen – Röntgengeräte, MRT-Geräte usw. – können ebenfalls 3D-gedruckt werden.

Technologien wie SLA und SLS werden auch in der Dentalbranche häufig für Modelle, Prothetik und Restaurationen eingesetzt.

Luft- und Raumfahrt

Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist ein wichtiger Anwender der 3D-Drucktechnologie, da es möglich ist, sehr leichte Teile mit einem hervorragenden Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht herzustellen. Beispielteile umfassen einfache Komponenten wie Kabinentrennwände (SLS) bis hin zu bahnbrechenden Triebwerkskomponenten (SLM) wie einer von GE entwickelten und hergestellten 3D-gedruckten Kraftstoffdüsenspitze.

Automobil

Automobilunternehmen verwenden regelmäßig 3D-Drucker, um einmalige Ersatzteile und Reparaturen sowie schnelle Prototypen herzustellen. Zu den gängigen 3D-gedruckten Autoteilen gehören Halterungen, Armaturenbrettkomponenten und Antennenkomponenten (FDM).

Extremere Beispiele sind Autos mit großen 3D-gedruckten Strukturkomponenten aus Metall, wie z. B. frühe Modelle des Auto-Startups Divergent.

Schmuck und Kunst

3D-Drucktechnologien wie SLA sind weit verbreitet (als indirekter Herstellungsprozess) bei der Herstellung und Reparatur von Schmuck, während praktisch alle Arten von 3D-Druckern zum Erstellen von Kunstwerken und Skulpturen verwendet werden können.

Bau

Fortschritte in der additiven Fertigung in Produktionsqualität haben den Anwendungsbereich im Bauwesen und in der Architektur erweitert. Der Beton-3D-Druck, der ein bisschen wie FDM funktioniert, aber mit Extrudern mit sehr breiter Düse, spielt in dieser Branche eine Rolle, aber gängigere 3D-Drucktechnologien wie SLM können verwendet werden, um Gegenstände wie Brückenstrukturen herzustellen.

3D-Druckdateiformate

3D-gedruckte Teile können mit Standard-CAD-Software entworfen werden, aber 3D-Drucker können nur bestimmte Dateiformate lesen. Es gibt vier Hauptdateiformate für maschinenlesbare 3D-Druckdateien.

STL: STL ist das bei weitem gebräuchlichste Dateiformat für 3D-Drucker und enthält Informationen über die Teilegeometrie in Form von tessellierten Dreiecken. Es enthält keine Informationen wie Farbe, Material oder Textur. Die Dateigröße ist proportional zum Detail, was ein Problem sein kann.

OBJ: Das OBJ-Dateiformat, weniger allgegenwärtig als STL, kodiert 3D-Modellgeometrie und kann zusätzlich zu Tessellationen Freiformkurven und Freiformflächen enthalten. Es kann auch Informationen über Farbe, Material und Textur enthalten, was es für Vollfarbprozesse nützlich macht.

3MF: 3MF wurde von Microsoft erfunden und ist ein XML-basiertes Format mit kleinen Dateigrößen und einem guten Maß an Fehlervermeidung. Es ist noch nicht weit verbreitet, wird aber von Unternehmen wie Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP und GE unterstützt.

AMF: Als Nachfolger des STL-Formats ist AMF viel schlanker und ermöglicht die Tessellation von gekrümmten sowie flachen Dreiecken – was es viel einfacher macht, detaillierte Teile in einer Reihe von Formen zu codieren. Die Annahme des Formats war seit seiner Einführung langsam.

3D-Druckeinstellungen und -spezifikationen

Beim 3D-Druck werden einige prozessspezifische Begriffe verwendet, die für Neulinge verwirrend sein können. Diese Begriffe beziehen sich auf Druckereinstellungen und/oder Spezifikationen, die sich darauf auswirken können, wie 3D-gedruckte Teile aussehen.

Ausfüllen

Bei der Herstellung von 3D-gedruckten Teilen müssen Sie möglicherweise einen Füllungsprozentsatz angeben, der sich auf die innere Dichte des Teils bezieht. Ein niedriger Füllungsprozentsatz führt zu einem größtenteils hohlen Teil mit dem absoluten Minimum an Material, das die Form zusammenhält; eine hohe Füllung führt zu einem starken, dichten und schwereren Teil.

Ebenenhöhe

Die Schichthöhe, manchmal auch als Z-Achsen-Auflösung bezeichnet, ist der Abstand zwischen einer 2D-Schicht eines Teils und der nächsten. Eine geringere Schichthöhe bedeutet eine feinere Auflösung (und einen höheren möglichen Detaillierungsgrad) entlang der Z-Achse, d. h. von oben nach unten. Eine kleine Schichthöhe ist ein Hinweis auf einen hochwertigen Drucker, aber Benutzer können größere Schichthöhen für schnelleres und wirtschaftlicheres Drucken angeben.

Druckgeschwindigkeit

Die Druckgeschwindigkeit eines Druckers, gemessen in Millimetern pro Sekunde, gibt an, mit welcher Geschwindigkeit die Maschine das Rohmaterial verarbeiten kann. Wie die Schichthöhe kann dieser Wert entweder ein Hinweis auf die maximale Geschwindigkeit eines Druckers oder ein benutzerdefinierter Wert sein:langsamere Druckgeschwindigkeiten erzeugen normalerweise genauere Drucke.

Drucktemperatur

Anwendbar auf Prozesse wie FDM bezieht sich die Drucktemperatur normalerweise auf die Temperatur des Hotends, des Teils des Druckkopfs, der das thermoplastische Filament erhitzt. Einige FDM-Drucker verfügen auch über ein beheiztes Druckbett, dessen Temperatur vom Hersteller angegeben wird. In beiden Fällen ist die Temperatur normalerweise vom Benutzer steuerbar.

Auflösung

Beim 3D-Druck bezieht sich die Auflösung fast immer auf die kleinstmögliche Bewegung entlang der X- und Y-Achse (Breite und Tiefe), entweder durch einen Laserstrahl (SLA, SLM usw.) oder einen Druckkopf (FDM). Dieser Wert ist schwerer zu messen als die Schichthöhe und nicht immer proportional dazu.

Schalen

Wie die Wandstärke beim Spritzgießen beziehen sich Schalen (oder Schalendicke) auf die Dicke einer Außenwand eines 3D-gedruckten Teils. Beim 3D-Druck müssen Benutzer normalerweise mehrere Schalen auswählen:eine Schale =Außenwände die Dicke der 3D-Druckerdüse; 2 Schalen =doppelt so dick usw.

3D-Druck in Farbe

Da der 3D-Druck hauptsächlich als Prototyping-Tool verwendet wird, reichen einfarbige Drucke für die meisten Anwendungen aus. Es gibt jedoch einige Optionen für den 3D-Druck in Farbe, darunter High-End-Materialstrahldrucker, Multi-Extruder-FDM-Drucker und Nachbearbeitungsoptionen.

Jetting-Technologien

Große 3D-Druckunternehmen wie Stratasys, 3D Systems und Mimaki haben Material-Jetting- und Binder-Jetting-3D-Drucker entwickelt, die 3D-Modelle genau wie 2D-Tintenstrahldrucker in Vollfarbe drucken können. Allerdings sind diese Maschinen teuer und die Teile haben nicht immer hervorragende mechanische Eigenschaften.

Multi-Extrusion

Mehrere FDM-3D-Drucker sind mit zwei (oder mehr) Druckköpfen ausgestattet, sodass zwei Filamentspulen – in verschiedenen Farben oder sogar aus unterschiedlichen Materialien – gleichzeitig auf demselben Druckauftrag gedruckt werden können. Dies ist einfach und erschwinglich, aber normalerweise auf zwei Farben beschränkt.

Filamentwechsel

Es ist möglich, mehrfarbige Drucke mit einem FDM-3D-Drucker mit einem Extruder zu erstellen. Dabei wird der Druck an bestimmten Stellen pausiert und die Filamentspule durch ein andersfarbiges Filament ersetzt. Dies ist eine sehr langsame Methode des Farbauftrags und bietet keine sehr genaue Kontrolle darüber, wohin die einzelnen Farben gehen.

Hinzufügen von Farbe nach dem Drucken

Viele 3D-gedruckte Teile können nach dem Drucken gefärbt, getönt oder lackiert werden. Obwohl dies dem Prozess einen weiteren Schritt hinzufügt, bietet es oft das beste Gleichgewicht zwischen Qualität und Kosteneffizienz.

Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Teilen

Viele 3D-gedruckte Teile erfordern zumindest ein gewisses Maß an Nachbearbeitung, nachdem sie das Druckbett verlassen haben. Dies kann grundlegende Prozesse wie das Entfernen von Stützstrukturen oder optionale kosmetische Prozesse wie Lackieren umfassen. Einige Prozesse gelten für alle oder die meisten 3D-Drucktechnologien, während andere technologiespezifisch sind.

Entfernung der Unterstützung

3D-Drucktechnologien wie FDM und SLA erfordern das Drucken von Stützstrukturen (vertikale Streben zwischen dem Druckbett und dem Teil selbst), damit das gedruckte Objekt während der Herstellung nicht zusammenbricht.

Diese Stützen müssen entfernt werden, wenn das Teil fertig ist. Einige Drucker, wie z. B. Dual-Extrusions-FDM-Maschinen, können die Stützstrukturen in einem löslichen Material drucken, wodurch die Stützstrukturen unter Verwendung von flüssigen Chemikalien leicht vom eigentlichen Teil getrennt werden können. Nicht lösliche Stützen müssen manuell vom Teil abgeschnitten werden und hinterlassen eine Markierung, die möglicherweise geschliffen werden muss.

Waschen &Puderentfernung

Einige 3D-Drucktechnologien (z. B. SLA) hinterlassen klebrige Rückstände auf Teilen, während andere (SLM, SLS) Pulverspuren hinterlassen können. In diesen Fällen müssen die Teile gewaschen werden – manuell oder mit einer speziellen Maschine – oder mit Druckluft entpulvert werden.

Wärmebehandlung

Viele wichtige 3D-Drucktechnologien drucken Teile aus Materialien, die sich beim Verlassen des Druckbetts noch nicht in ihrem endgültigen chemischen Zustand befinden. Diese werden manchmal als „grüne“ Teile bezeichnet.

Viele 3D-gedruckte Metallteile erfordern nach dem Drucken eine Wärmebehandlung, um die Schichtverschmelzung zu verbessern und Verunreinigungen zu entfernen. Und Binder-Jetting-3D-Drucker produzieren beispielsweise Teile, die nach dem Drucken entbindert und gesintert werden müssen, um Polymerbinder aus dem Inneren der Metallteile zu entfernen.

Einige 3D-gedruckte Harzteile müssen nach dem Drucken nachgehärtet werden, um ihre Härte zu erhöhen und sie verwendbar zu machen.

Oberflächenveredelung

3D-gedruckte Teile können einer Vielzahl von Oberflächenveredelungstechniken unterzogen werden, von strukturellen Verfahren wie Schleifen und Glätten bis hin zu visuellen Verfahren wie Lackieren und Tönen. Einige Technologien, wie FDM, können eine ziemlich raue Oberfläche erzeugen, die Schleifen erfordert, während andere, wie SLA, eine viel glattere Oberfläche erzeugen. Weitere Informationen finden Sie in unserer vollständigen Liste der Oberflächenveredelungsdienste.

Kombination von 3D-Druck mit anderen Technologien

3D-Druck muss nicht als eigenständiges Verfahren eingesetzt werden. Anstatt es als Konkurrent von CNC-Bearbeitung und Spritzguss zu betrachten, kann es diese anderen Herstellungsverfahren tatsächlich ergänzen. Beispielkombinationen sind:

3D-Druck des Hauptabschnitts eines Teils, dann CNC-Fräsen feiner Merkmale mit engeren Toleranzen

3D-Druck eines Urmusters für Feinguss oder Vakuumguss

3D-Drucken einer Komponente und anschließendes Spritzgießen einer Struktur darüber mit Insert-Molding

Es gibt hybride Fertigungssysteme, die den 3D-Druck mit anderen Technologien kombinieren. Der INTEGREX i-400 AM von Mazak und der Lasertec DED von DMG MORI können beispielsweise sowohl 3D-Druck als auch CNC-Fräsen durchführen.

Wird der 3D-Druck andere Herstellungsverfahren ersetzen?

Analysten haben lange darüber spekuliert, ob der 3D-Druck andere Fertigungsprozesse überflüssig machen könnte, darunter:

Bearbeitung

Formen

Casting

Doch trotz des Bestrebens der Hersteller von AM-Hardware, den 3D-Druck als End-to-End-Produktionstechnologie zu positionieren (siehe beispielsweise die Industrie 4.0-Initiative von EOS), bleibt der 3D-Druck in der Praxis auf bestimmte spezifische Fertigungsaufträge beschränkt, insbesondere auf kleine Stückzahlen Fertigung aus bestimmten Materialien.

Der 3D-Druck hat sicherlich in einigen Bereichen andere Verfahren überholt. Beispielsweise wird das Rapid Prototyping in kostengünstigen Kunststoffen wie ABS heute vom 3D-Druck dominiert, da es kostengünstiger ist, ABS zu drucken als es zu bearbeiten. Der 3D-Druck scheint auch seinen Platz als ideales Werkzeug für die Herstellung von Objekten wie patientenspezifischen medizinischen Titanimplantaten gefestigt zu haben:Sowohl die Geschwindigkeit als auch die geometrische Flexibilität des 3D-Drucks sind in bestimmten Situationen wie dieser schwer zu übertreffen.

Nichtsdestotrotz sind Prozesse wie die CNC-Bearbeitung derzeit noch besser geeignet, um hochwertige Teile und Prototypen aus technischen Materialien wie POM, PEI, PPS und PEEK herzustellen, während sie eine Oberflächenbeschaffenheit hinterlassen, die dem 3D-Druck weit überlegen ist. Darüber hinaus sind Verfahren wie das Spritzgießen für die Massenproduktion einfacher Kunststoffkomponenten immer noch unendlich schneller.

Während die additive Fertigung einige der bedeutendsten technologischen Fortschritte in der Fertigung erlebt – was es ihr ermöglicht, in der Fertigung insgesamt stärker Fuß zu fassen – werden auch etabliertere Verfahren wie CNC und Spritzguss verfeinert, um Teile von höherer Qualität herzustellen.

Der 3D-Druck wird weiterhin einen größeren Anteil an Fertigungsaufträgen einnehmen, aber er wird andere Technologien nicht vollständig ersetzen.

Wie sah 3D-Druck vor 10 Jahren aus?

Vor einem Jahrzehnt bereitete sich die junge 3D-Druckindustrie auf das vor, was ihrer Meinung nach eine 3D-Druckrevolution sein würde:ein 3D-Drucker in jedem Haushalt, der es Familien ermöglichte, neue Objekte, die sie möglicherweise benötigen, in 3D zu drucken, z. B. ein Ersatzteil für ihren Kühlschrank, ein neues Spielzeug für ihre Kinder oder sogar Komponenten, um einen zweiten 3D-Drucker zu bauen.

Zwischen 2012 und 2014 vermarkteten Hersteller von FDM-3D-Druckern wie MakerBot ihre 3D-Drucker aggressiv auf dem Verbrauchermarkt und versuchten, normale Menschen davon zu überzeugen, dass ein 3D-Drucker ihr Privatleben und ihr Arbeitsleben verbessern könnte. Es war jedoch klar, dass diese Unternehmen versuchten, den Neuigkeitsfaktor des 3D-Drucks auszunutzen, und dass ihre Produkte wenig praktischen Nutzen hatten; eine Pressemitteilung von MakerBot aus dem Jahr 2012 scheint dies zu beweisen:„Erstellen Sie ein ganzes Schachspiel auf Knopfdruck. Freunde, Klassenkameraden, Kollegen und Familienmitglieder werden die Dinge sehen, die Sie machen, und ‚Wow!‘ sagen.“

Nur wenige Jahre später war diese sogenannte 3D-Druck-Revolution offensichtlich gescheitert, und viele 3D-Drucker-Hersteller begannen, ihre Ziele neu auszurichten und sich vom Verbraucherbereich auf den professionellen und industriellen Markt zu verlagern, wo es konkretere (und lukrativere) Anwendungen gab der additiven Technologie.

Darüber hinaus begannen diejenigen, die bereits im professionellen und industriellen Bereich tätig sind – Unternehmen wie 3D Systems und Stratasys – zu versuchen, die Idee des 3D-Drucks als Prototyping-Technologie aufzubrechen und ihn stattdessen als praktikables Werkzeug für die Massenproduktion zu positionieren (was offensichtlich lukrativer sein könnte). die 3D-Druckindustrie, da von den Herstellern erwartet wird, dass sie ganze Fabriken mit 3D-Druckern füllen, 3D-Druckerverwaltungssoftware kaufen und 3D-Druckberater einstellen).

Wie wird der 3D-Druck in 10 Jahren aussehen?

3D-Druckunternehmen haben die Aussicht aufgegeben, einen 3D-Drucker in jeden Haushalt zu stellen. In 10 Jahren werden sie jedoch möglicherweise eine Form der additiven Fertigung in einer größeren Anzahl von Fabriken sehen.

Obwohl der 3D-Druck heute unter normalen Menschen weniger ein Gesprächsthema ist als noch 2012, gewinnt die Technologie in der Berufs- und Industriewelt weiter an Fahrt.

Laut einem kürzlich erschienenen Bericht erwartet das Marktforschungsunternehmen 3DPBM Research, dass der Wert der additiven Metallfertigung von 1,6 Mrd -Leistungstechnische Materialien. (Trotzdem wird der 3D-Druck in vielen Branchen ein wertvolles Prototyping-Tool bleiben, und Prototyping-Anwendungen werden gleichermaßen von technologischen Verbesserungen profitieren.)

Es ist jedoch nicht nur Metal AM, das wächst. Technologien wie Multi Jet Fusion von HP haben neue Möglichkeiten im Kunststoffdruck eröffnet, während Innovatoren wie Carbon neuartige Hochgeschwindigkeitsprozesse in der Kategorie der Photopolymerisation entwickelt haben. Auch Nischenbereiche wie 3D-Bioprinting und Mikro-3D-Druck beschreiten regelmäßig neue Wege, während der 3D-Druck von Verbundwerkstoffen (z /P>

Kurz gesagt, der 3D-Druck wird in vielen Disziplinen allmählich zu einem ernsthaften Konkurrenten für andere Fertigungsverfahren.

Wie entwickelt sich der 3D-Druck in China?

Obwohl China nur wenige nennenswerte Hersteller von 3D-Druckern vorweisen kann – UnionTech (SLA), Farsoon (DMLS, SLS), Shining 3D (FDM, DLP) und Creality (FDM, DLP, SLA) sind einige der bekannteren Namen – China und der asiatisch-pazifische Raum sind einer der am schnellsten wachsenden 3D-Druckmärkte und zeigen eine weit verbreitete Akzeptanz (teilweise dank staatlicher Anreize).

At present, AM activity in China is concentrated in Shanghai, Xi’an, Guangdong (where 3ERP is headquartered), and the Bohai Economic Rim, which includes Tianjin, Hebei, Liaoning, and Shandong. Some major western AM companies like 3D Systems, Stratasys, and EOS have offices in Shanghai.

Although production of Chinese 3D printers is dominated by FDM and resin technologies, around half of printers sold in China are for industrial use (as opposed to personal or small-scale professional use).

In October 2020, market research company CONTEXT found that China’s 3D printing market had been far more resilient in the face of the pandemic than other markets and was playing a major role in the recovery of the global 3D printing market.

How to outsource 3D printing services?

Investment in 3D printing hardware and software is not suitable for all businesses, and many successful companies outsource their 3D printing needs to third parties, such as online 3D printing service bureaus (for one-off projects) or with prototyping and manufacturing partners like 3ERP (for one-off projects or repeat orders).

When outsourcing 3D printing services, it is important to consider whether your business needs design and production services, or production services only. (Bear in mind that a poorly executed 3D model may not 3D print successfully.)

In general, however, ordering 3D printed parts from a third party is simpler than ever. Many manufacturers are able to commence 3D printing with just a digital 3D model, although more important projects may also require a technical drawing to convey extra information such as materials, colors, and tolerances. Some 3D printing service providers (3ERP included) will offer advice on suitable 3D printing technologies and materials for your project.

See our 3D printing services in full, including available technologies and materials, or request a quote for your 3D printing project.