Das ABC des 3D-Drucks
Was haben ein Haus, ein Korallenriff, Hautzellen und eine Kappsäge gemeinsam?
Sie alle wurden in 3D gedruckt.
Es ist kein Geheimnis, dass der 3D-Druck die Innovation in zahlreichen Branchen beschleunigt, darunter Zahnmedizin, Brillen, Prothetik, Möbeldesign, Archäologie, Paläontologie und Forensik. Und wir fangen gerade erst damit an, das volle Potenzial des 3D-Drucks auszuschöpfen, um die Art und Weise, wie wir leben und arbeiten, drastisch zu verbessern.
Was ist 3D-Druck?
Beim 3D-Druck gibt es viele verschiedene Verfahren, bei denen ein Teil durch Einbringen oder Aufkleben von zusätzlichem Material additiv erzeugt wird. 3D-gedruckte Objekte können geometrisch komplex sein und eignen sich ideal für eine Vielzahl von Fertigungsanwendungen. Maschinen können zwischen Hunderten und Millionen von Dollar kosten und verwenden eine Vielzahl von Technologien, um Teile zu drucken.
Der 3D-Druck ist eine Teilmenge der additiven Fertigung. Bei der additiven Fertigung wird ein Teil durch Hinzufügen von Material hergestellt, während beim subtraktiven Fertigungsprozess ein Teil durch Subtraktion von Material hergestellt wird. Beim 3D-Druck erstellt ein 3D-Drucker ein dreidimensionales Objekt, indem er von einer CAD-Datei (Computer Aided Design) ausgeht. Es gibt eine Vielzahl von Materialien und 3D-Drucktechnologien, die es einfacher denn je machen, Teile für alle Arten von Branchen herzustellen.
Wie wird 3D-Druck in der Fertigung verwendet?
Während der 3D-Druck oft mit Spielzeug und Bastelartikeln in Verbindung gebracht wurde, sind sie mehr als in der Lage, Teile herzustellen, die einer Vielzahl von rauen Umgebungen standhalten. Sie finden 3D-gedruckte Teile, die in Herstellungsprozessen in Branchen wie Energie, Automobil und Verteidigung verwendet werden. Von funktionalen Prototypen, Werkzeugen und Vorrichtungen bis hin zu Teilen für den Endverbrauch verändert die 3D-Druckindustrie viele andere Branchen und Prozesse.
Die meisten Leute gehen davon aus, dass 3D-Drucker eine neue Technologie sind, obwohl Sie überrascht sein werden, dass es sie seit den 1980er Jahren gibt. Bis 2009 wurden Drucker jedoch hauptsächlich für industrielle Zwecke verwendet und waren für die meisten Unternehmen zu teuer in der Nutzung. Heutzutage verwenden Unternehmen auf der ganzen Welt 3D-Drucker, um Teile für Fertigungszwecke mit erheblichen Verbesserungen der 3D-Druckkosten zu bauen. Ein Großteil des Wachstums in der 3D-Druckindustrie ist auf die explosionsartige Verwendung des 3D-Drucks in der Fertigung zurückzuführen, die zuvor als unmöglich galt, als der Prozess sich durchsetzte.
Was sind die gängigsten 3D-Drucktechnologien?
Obwohl es viele 3D-Drucktechniken gibt, konzentrieren wir uns auf einige gängige Typen. Alle Drucktechnologien bauen Teile in diskreten Schichten auf, die als Schichten bezeichnet werden.
- Fused Filament Fabrication (FFF, auch bekannt als Fused Deposition Modeling)
- Kontinuierliche Faserverstärkung (CFR)
FFF (Fused Filament Fabrication)
Die Herstellung von geschmolzenen Filamenten ist die gängigste und kostengünstigste Art des Druckens, und die meisten Maschinen verwenden diese Technologie. Beim FFF erhitzt der Drucker Thermoplast bis zu einem nahen Schmelzpunkt und extrudiert es aus einer Düse, die den Querschnitt eines Teils für jede Schicht nachzeichnet. Dieser Vorgang wiederholt sich für jede Schicht.
Kontinuierliche Faserverstärkung (CFR)
Endlosfaserverstärkung ist ein Verfahren, das es 3D-Druckern ermöglicht, FFF-Teile mit Endlosfasern zu verstärken. Eine CFR-fähige Maschine verwendet zwei Extrusionssysteme – eines für konventionelles FFF-Filament und ein zweites für langsträngige Endlosfasern. Endlosfasern werden in Lagen abgelegt und ersetzen die FFF-Einlage. Die resultierenden Teile sind deutlich stärker (bis zu 10-mal stärker als jedes Standard-FFF-Material wie ABS oder PLA) und können Aluminiumteile in der Anwendung ersetzen.
Heute sind Fused Filament Fabrication 3D-Drucker die am weitesten verbreitete 3D-Drucktechnologie. Kohlefaserverstärkte Materialien bieten jedoch die Vorteile von FFF, indem sie wichtige Teileschwächen beseitigen. Während FFF-Teile normalerweise durch die Festigkeit schwacher Polymere begrenzt sind, sind CFR-Teile stark genug, um bearbeitetes Aluminium in wichtigen Fertigungsverfahren zu ersetzen.
Das Endergebnis
Viele Unternehmen stellen fest, dass das Hinzufügen mehrerer Drucker zu ihrem Herstellungsprozess den Zeitaufwand für die interne Fertigung komplexer Teile erheblich reduzieren kann. 3D-Drucker können Teile für kundenspezifische Kleinserienteile schneller und kostengünstiger herstellen. Unternehmen können sich auf umsatzbringende Teile für den Endverbrauch konzentrieren, anstatt Zeit, Geld und Mühe auf Teile mit geringer Stückzahl zu verwenden, die möglicherweise keine Einnahmen erzielen.
Mit einem 3D-Drucker können Sie Designs schnell wiederholen, ohne Ressourcen für das Warten auf Teile zu verschwenden, die möglicherweise nicht den Qualitätsstandards entsprechen. Dies macht 3D-Drucker perfekt für kleine, maßgeschneiderte Prototypen, Werkzeuge und Vorrichtungen, die oft komplex und schwer zu bearbeiten sind, aber für einen effizienten Produktionsprozess entscheidend sind.
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