Technologie und Prozesse der additiven Fertigung verstehen

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Wenn Sie dies lesen, wissen Sie wahrscheinlich bereits, was ein 3D-Drucker ist (wenn nicht, dann lesen Sie diesen Artikel über 3D-Druck vs. Spritzguss). Aber verstehen Sie die Unterschiede zwischen der Vielzahl additiver Fertigungsverfahren, Technologien und deren Anwendungen?

Hier sind zunächst drei einfache Möglichkeiten, die verschiedenen additiven Fertigungstechnologien zu kategorisieren:

1. Geschmolzene Feststoffe

Es gibt eine ganze Reihe von additiven Fertigungstechnologien, die darauf beruhen, ein Material einzuschmelzen und es aus einer Düse oder einem Endeffektor zu extrudieren. Diese additiven Technologien rekonstruieren im Wesentlichen ein „vollständiges“ Material (wie von einer Spule) in eine neue Form, indem sie schmelzen und in eine neue Form schichten.

2. Flüssigkeiten verfestigen

Sie haben das wahrscheinlich nicht kommen sehen, aber ja, es gibt einen Prozess der additiven Fertigungstechnologie, der das völlige Gegenteil des Schmelzens von Feststoffen ist. Diese 3D-Drucker, die sich typischerweise auf lichtempfindliche Harze oder Polymere stützen, arbeiten normalerweise, indem sie einen Laser oder eine Projektion anwenden, um einen dünnen Film des Harzes zu einem festen Objekt zu verfestigen.

3. Fixierpulver

Das möglicherweise bekannteste Technologieformat, die Pulverfusion, funktioniert genau so, wie der Name schon sagt. Das Material, mit dem Sie arbeiten, ist ein Pulver in seiner „rohen“ Form und verschmilzt entweder durch ein Bindemittel oder durch Schmelzen des Materials mit einer Wärmequelle.

Nachdem wir uns mit einer Handvoll der verschiedenen Arten der additiven Fertigung befasst haben, lasst uns in die spezifischen additiven Fertigungsprozesse eintauchen.

Additive Fertigungsverfahren

FFF:Fused Filament Fabrication

Wenn jemand 3D-Druck sagt, denken Sie wahrscheinlich an diese additive Technologie. FFF-Maschinen sind mit Abstand die produktivste Additivtechnologie aus dem Boom bei Desktop-Maschinen, der um 2010 begann. FFF-Maschinen stellen Produkte mit einer Kunststoffspule her, die durch einen Hot-End-Extruder gefahren wird, der den Kunststoff in flüssige Form schmilzt, die dann in einem Muster angeordnet wird das ist ein Stück des Objekts. Sie kennen FFF vielleicht dank Herstellern von Hardware für die additive Fertigung wie Ultimaker.

FFF-Anwendungen

FFF ist eine fantastische additive Fertigungstechnologie für das Prototyping, die Herstellung einfacher Produkte, das schnelle Testen von Ideen und allgemeine Ideenfindungs-Workflows. Natürlich kann FFF auch mit Blick auf mehr „Beständigkeit“ zur Herstellung von Produkten verwendet werden. FFF ist eine zuverlässige Technologie für die additive Fertigung, mit wenigen Dingen, die schief gehen können, minimalen Ausfallzeiten und im Allgemeinen gut produzierten Objekten. Es ist hauptsächlich durch die Druckauflösung begrenzt, was zu einem Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit führt. FFF-Teile erfordern auch eine gewisse Nachbearbeitung für die Endbearbeitung, und die Kammlinien müssen normalerweise zum Lackieren entfernt werden.

SLA &DLP – Selektive Laserzusatz- und digitale Lichtverarbeitung

Diese additive Technologie, nach FFF wohl das zweitbeliebteste/berühmteste 3D-Druckverfahren, profitierte auch von einem Boom in Unternehmen ab etwa 2010. Diese 3D-Drucker verwenden einen lichtempfindlichen Harztank, wobei das Objekt hergestellt wird, indem ein Laser über die Schicht geführt wird Verfestigen Sie das Harz an Ort und Stelle. DLP unterscheidet sich von SLA dadurch, dass die gesamte Bildebene mit einem Projektor anstelle eines Lasers projiziert wird. DLP ist wohl schneller, da die gesamte Schicht auf einmal projiziert wird, anstatt einen Laser zum Nachzeichnen zu verwenden, aber es gibt auch hier Kompromisse, typischerweise in Bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit. Sie kennen den SLA-Druck höchstwahrscheinlich von Unternehmen wie FormLabs.

SLA- und DLP-Anwendungen

Es stehen viele Harzoptionen zur Verfügung, von denen die meisten die Materialeigenschaften eines Kunststoffs simulieren. SLA-Vorteile gegenüber FFF sind in der Regel Genauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit. Wenn Sie also Objekte mit vielen feinen kleinen Details drucken, wird SLA Ihnen besser dienen. Der SLA-Prozess verlangt jedoch mehr von Ihnen als Endbenutzer und erfordert zusätzliche Schritte, nachdem der Druckvorgang abgeschlossen ist, damit das Teil fertig ist. SLA kann auch große Teile drucken und wird im großen Maßstab eingesetzt. Sie erinnern sich vielleicht an die Adidas Futurecraft 4D-Schuhe mit einer 3D-gedruckten Sohle, die mit SLA-basierter Technologie von Carbon hergestellt wurden.

MJF – Multi-Jet-Fusion

Wow, Jet-Fusion? Und davon gibt es mehrere? Ja. Diese additive Technologie ist so erstaunlich, wie ihr Name vermuten lässt. Multi Jet Fusion produziert Nylonteile mit einem Tintenstrahlsystem, das dem eines normalen Papierdruckers nicht allzu unähnlich ist. Der Kopf einer Multi-Jet-Fusion-Maschine ist wesentlich komplexer als ein normaler Druckkopf und transportiert Material und Bindemittel. MJF neigt dazu, eine viel konsistentere Oberfläche und Materialeigenschaft zu liefern als seine Gegenstücke beim selektiven Lasersintern.

MJF-Anwendungen

Für Profis fügt dieser Prozess Farbe und Materialität zusammen, sodass das Prototyping dem endgültigen Objekt viel näher kommen kann als mit anderen Prototyping-Prozessen. Diese additive Fertigungsanwendung ist besonders praktisch, wenn Farbe wichtig ist, nicht nur aus Sicht der Endbearbeitung, sondern auch für visuelle Darstellungen wie das Drucken einer Wärmekarte von Spannungen direkt auf das Teil, wodurch es einfacher wird, zu verstehen, was bei der Überprüfung Ihres Objekts vor sich geht.

DMLS – Direktes Metall-Lasersintern

Bevor wir darauf eingehen, ist es erwähnenswert, dass DMLS im Vergleich zu anderen Lasersinterverfahren ein relativ neues additives Herstellungsverfahren ist. Höchstwahrscheinlich wissen Sie, was SLS (Selective Laser Sintering) ist und welche Nylonteile es herstellt. DMLS funktioniert nach dem gleichen Verfahren, bei dem Metallpulver mit einem Laser verschmolzen wird. DMLS wird normalerweise für Prototypen komplexer Teile und die Herstellung von kundenspezifischen Massenprodukten verwendet und ermöglicht es Ihnen, Teile herzustellen, die viel stärker sind (weil Metall größtenteils stärker ist als Kunststoff) und zu testen.

DMLS-Anwendungen

Im Vergleich zu anderen Verfahren ist DMLS teuer, da es sich um ein additives Metallherstellungsverfahren handelt. Dies ist zu erwarten, da die Materialien, die Technologie und die erforderlichen Sicherheitsprotokolle zur Unterbringung einer DMLS-Maschine kostspielig sind. Aber der Aufwand lohnt sich natürlich, um Prozesse testen und validieren zu können. Wenn Sie in der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie arbeiten, ist ein DMLS-Drucker eine der effektivsten Möglichkeiten, komplexe, einzigartige Teile zu prototypisieren und dem fertigen Teil so nahe wie möglich zu kommen. Sie denken vielleicht:„Was ist mit der maschinellen Bearbeitung?“ Natürlich können Sie die Bearbeitung weiterhin als Teil eines Prototyping-Prozesses verwenden, aber wir sind hier, um Objekte zu diskutieren, die den Einsatz der additiven Fertigung erfordern würden.

DED – Direct Energy Deposition

DED-Druck kann man sich am besten als Metallgegenstück zu FFF für Kunststoffe vorstellen. DED-Maschinen verwenden entweder ein Pulver oder einen Draht (ähnlich einer Kunststoffspule), um das Metall am Extrusionspunkt zu erhitzen und es mit einer Düse abzuscheiden.

DED-Anwendungen

Aufgrund der Beschreibung von DED könnten Sie denken, dass es in ähnlichen Anwendungen wie FFF verwendet wird, jedoch mit Metallteilen. In Wirklichkeit besteht die häufigste Verwendung von DED heute darin, aus bestehenden Teilen aufzubauen und in einen hybriden Fertigungsprozess für High-End-Additive-Manufacturing-Anwendungen eingebunden zu werden. Eines der bekanntesten Beispiele wäre der Einsatz von Hybridfertigung im Rotterdamer Hafen. Sie werden Teile in 3D auf beschädigte Ruder drucken, um ein Ersatzteil herzustellen, und dann einen Bearbeitungsprozess verwenden, um das Teil in einen fertigen Zustand zu bringen, der für den Einsatz auf einem neuen Schiff bereit ist.

Natürlich sind die oben aufgeführten Optionen nicht die einzigen additiven Fertigungstechnologien, die zur Herstellung von Produkten verwendet werden können, aber alle diese sind in Fusion 360 oder Netfabb als Ausgaben für Ihren Workflow verfügbar.

Welches additive Verfahren verwenden Sie und wofür? Sagen Sie es uns im Kommentarbereich. Und wenn Sie bereit sind, Ihre additive Fertigung auf die nächste Stufe zu heben, kann Ihnen Fusion 360 hier helfen.