Additive Fertigung erklärt: Vom Design zum fertigen Bauteil

Einleitung

Additive Fertigung (oft als Rapid Prototyping oder 3D-Druck bezeichnet) ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Schichten eines Materials aufgebaut werden, um ein solides Objekt zu erstellen. Obwohl es viele verschiedene 3D-Drucktechnologien gibt, konzentriert sich dieser Artikel auf den allgemeinen Prozess vom Design bis zum finalen Teil. Ob das finale Teil ein schneller Prototyp oder ein finales funktionales Teil ist, der allgemeine Prozess ändert sich nicht.

Additiver Fertigungsprozess

1. CAD

Die Erstellung eines digitalen Modells ist der erste Schritt im additiven Fertigungsprozess. Die gängigste Methode zur Erstellung eines digitalen Modells ist Computer-Aided Design (CAD). Es gibt eine große Bandbreite an kostenlosen und professionellen CAD-Programmen, die mit additiver Fertigung kompatibel sind. Reverse Engineering kann ebenfalls genutzt werden, um ein digitales Modell via 3D-Scanning zu generieren.

Es gibt mehrere Designüberlegungen, die beim Design für additive Fertigung evaluiert werden müssen. Diese fokussieren allgemein auf Feature-Geometrie-Limitationen und Support- oder Escape-Hole-Anforderungen und variieren je nach Technologie.

2. STL-Konvertierung und Dateimanipulation

Ein kritischer Schritt im additiven Fertigungsprozess, der von traditioneller Fertigungsmethodik abweicht, ist die Notwendigkeit, ein CAD-Modell in eine STL-Datei (Stereolithografie) zu konvertieren. STL verwendet Dreiecke (Polygone), um die Oberflächen eines Objekts zu beschreiben. Eine Anleitung zur Konvertierung eines CAD-Modells in eine STL-Datei finden Sie hier. Es gibt mehrere Modelllimitierungen, die vor Konvertierung in eine STL-Datei berücksichtigt werden sollten: physische Größe, Wasserdichtigkeit und Polygonanzahl.

Nach Generierung einer STL-Datei wird diese in ein Slicer-Programm importiert. Dieses Programm nimmt die STL-Datei und konvertiert sie in G-Code. G-Code ist eine Numerische Steuerungs- (NC-) Programmiersprache. Sie wird in Computer-Aided Manufacturing (CAM) verwendet, um automatisierte Maschinenwerkzeuge (inkl. CNC-Maschinen und 3D-Drucker) zu steuern. Das Slicer-Programm erlaubt dem Designer auch, Build-Parameter anzupassen: Support, Layerhöhe und Teilorientierung.

3. Drucken

3D-Druckmaschinen umfassen oft viele kleine, intricate Teile, weshalb korrekte Wartung und Kalibrierung kritisch für akkurate Drucke sind. In diesem Stadium wird das Druckmaterial auch in den Drucker geladen. Rohmaterialien in der additiven Fertigung haben oft begrenzte Haltbarkeit und erfordern sorgfältiges Handling. Während einige Prozesse Recycling von Excess Build Material ermöglichen, kann wiederholte Wiederverwendung bei nicht regelmäßigem Austausch zu Reduktion der Materialeigenschaften führen.

Die meisten additiven Fertigungsmaschinen müssen nach Druckbeginn nicht überwacht werden. Die Maschine folgt einem automatisierten Prozess; Issues entstehen generell nur, wenn Material ausgeht oder Softwarefehler auftreten. Eine Erklärung, wie jeder der verschiedenen additiven Fertigungsdrucker Teile produziert, finden Sie hier.

4. Entfernung der Drucke

Bei einigen additiven Fertigungstechnologien ist Entfernung des Drucks so einfach wie Trennen des gedruckten Teils vom Build Platform. Bei anderen, industrielleren 3D-Druckmethoden ist die Entfernung ein hochtechnischer Prozess, involvierend präzise Extraktion des Drucks, während er noch im Build Material encased oder am Build Plate attached ist. Diese Methoden erfordern komplizierte Entfernungsverfahren und hochqualifizierte Maschinenoperatoren sowie Safety Equipment und kontrollierte Umgebungen.

5. Nachbearbeitung

Nachbearbeitungsprozeduren variieren wieder je nach Druckertechnologie. SLA erfordert Aushärtung der Komponente unter UV vor Handling; Metallteile benötigen oft Stress Relieving im Ofen, während FDM-Teile sofort handled werden können. Für Technologien, die Support nutzen, wird dieser im Post-Processing-Stage ebenfalls entfernt. Die meisten 3D-Druckmaterialien können geschliffen werden; weitere Post-Processing-Techniken wie Tumbling, Hochdruckluftreinigung, Polieren und Färben werden implementiert, um einen Druck für End Use vorzubereiten.