Das additive Fertigungsverfahren

Einführung

Die additive Fertigung (manchmal auch als Rapid Prototyping oder 3D-Druck bezeichnet) ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Schichten eines Materials aufgebaut werden, um ein festes Objekt zu schaffen. Obwohl es viele verschiedene 3D-Drucktechnologien gibt, konzentriert sich dieser Artikel auf den allgemeinen Prozess vom Design bis zum fertigen Teil. Unabhängig davon, ob das endgültige Teil ein schneller Prototyp oder ein endgültiges Funktionsteil ist, ändert sich der allgemeine Prozess nicht.

Additives Fertigungsverfahren

1. CAD

Die Erstellung eines digitalen Modells ist der erste Schritt im additiven Fertigungsprozess. Die gebräuchlichste Methode zur Erstellung eines digitalen Modells ist Computer Aided Design (CAD). Es gibt eine große Auswahl an kostenlosen und professionellen CAD-Programmen, die mit der additiven Fertigung kompatibel sind. Reverse Engineering kann auch verwendet werden, um ein digitales Modell durch 3D-Scannen zu generieren.

Beim Design für die additive Fertigung müssen mehrere Designüberlegungen berücksichtigt werden. Diese konzentrieren sich im Allgemeinen auf Einschränkungen der Feature-Geometrie und Anforderungen an Stütz- oder Austrittslöcher und variieren je nach Technologie.

2. STL-Konvertierung und Dateimanipulation

Eine kritische Phase im additiven Fertigungsprozess, die sich von der traditionellen Fertigungsmethodik unterscheidet, ist die Anforderung, ein CAD-Modell in eine STL-Datei (Stereolithografie) umzuwandeln. STL verwendet Dreiecke (Polygone), um die Oberflächen eines Objekts zu beschreiben. Eine Anleitung zum Konvertieren eines CAD-Modells in eine STL-Datei finden Sie hier. Es gibt mehrere Modellbeschränkungen, die berücksichtigt werden sollten, bevor ein Modell in eine STL-Datei konvertiert wird, einschließlich physischer Größe, Wasserdichtigkeit und Anzahl der Polygone.

Sobald eine STL-Datei generiert wurde, wird die Datei in ein Slicer-Programm importiert. Dieses Programm nimmt die STL-Datei und konvertiert sie in G-Code. G-Code ist eine Programmiersprache für numerische Steuerungen (NC). Es wird in der computergestützten Fertigung (CAM) zur Steuerung automatisierter Werkzeugmaschinen (einschließlich CNC-Maschinen und 3D-Drucker) verwendet. Das Slicer-Programm ermöglicht es dem Designer auch, die Build-Parameter anzupassen, einschließlich Unterstützung, Schichthöhe und Teileausrichtung.

3. Drucken

3D-Druckmaschinen bestehen oft aus vielen kleinen und komplizierten Teilen, daher ist eine korrekte Wartung und Kalibrierung entscheidend für die Erstellung präziser Drucke. Zu diesem Zeitpunkt wird auch das Druckmaterial in den Drucker geladen. Die in der additiven Fertigung verwendeten Rohstoffe sind oft nur begrenzt haltbar und erfordern einen sorgfältigen Umgang. Während einige Prozesse die Möglichkeit bieten, überschüssiges Baumaterial zu recyceln, kann die wiederholte Wiederverwendung zu einer Verschlechterung der Materialeigenschaften führen, wenn es nicht regelmäßig ersetzt wird.

Die meisten additiven Fertigungsmaschinen müssen nicht überwacht werden, nachdem der Druck begonnen hat. Die Maschine folgt einem automatisierten Prozess und Probleme treten im Allgemeinen nur auf, wenn der Maschine das Material ausgeht oder ein Fehler in der Software vorliegt. Eine Erklärung dazu, wie jeder der verschiedenen Druckereien für die additive Fertigung Teile herstellt, finden Sie hier.

4. Entfernung von Drucken

Bei einigen additiven Fertigungstechnologien ist das Entfernen des Drucks so einfach wie das Trennen des gedruckten Teils von der Konstruktionsplattform. Bei anderen eher industriellen 3D-Druckverfahren ist das Entfernen eines Drucks ein hochtechnischer Prozess, bei dem der Druck präzise extrahiert wird, während er noch im Baumaterial eingeschlossen oder an der Bauplatte befestigt ist. Diese Methoden erfordern komplizierte Entfernungsverfahren und hochqualifizierte Maschinenbediener sowie Sicherheitsausrüstung und kontrollierte Umgebungen.

5. Nachbearbeitung

Die Nachbearbeitungsverfahren variieren wiederum je nach Druckertechnologie. SLA erfordert, dass eine Komponente vor der Handhabung unter UV aushärtet, Metallteile müssen oft in einem Ofen spannungsarm geglüht werden, während FDM-Teile sofort gehandhabt werden können. Bei Technologien, die Support nutzen, wird dieser ebenfalls in der Nachbearbeitungsphase entfernt. Die meisten 3D-Druckmaterialien können geschliffen werden, und andere Nachbearbeitungstechniken wie Trommeln, Hochdruckluftreinigung, Polieren und Färben werden implementiert, um einen Druck für die Endverwendung vorzubereiten.