Additive Fertigung:5 Dinge, die Sie über den 3D-Druck wissen müssen

3D-Druck und additive Fertigung werden in den nächsten Jahren dramatisch wachsen. Aber die Unternehmen, die daran interessiert sind, die Technologie zu übernehmen, werden mit einer schwindelerregenden Vielfalt von Begriffen, Techniken und Prozessen konfrontiert. Hier ist eine Handvoll, die Sie kennen sollten.

Die additive Fertigung, auch 3D-Druck oder die Abkürzung AM genannt, steht vor einem deutlichen Wachstum. Die Branchenanalysten Statista und Fortune Business Insights prognostizieren eine CAGR (Compound Annual Growth Rate) von 26,4 % bzw. 25,8 %, wobei letztere darauf hindeutet, dass der globale 3D-Druckmarkt bis 2026 51,77 Milliarden $ erreichen wird. 

Einfach gesagt, es ist eine großartige Zeit, um in der additiven Fertigung zu sein.

Diejenigen, die in diesen boomenden Markt einsteigen möchten, sehen sich jedoch einem Schneesturm von Begriffen, Techniken und Technologien gegenüber. Dazu gehören SLA (Stereolithographie), DLP (Digital Light Processing) und FDM (Fused Deposition Modeling) Maschinen, um nur einige zu nennen. Die Frage lautet:„Woher wissen wir als Designer und Hersteller, wo wir anfangen sollen? Und welche Art von 3D-Drucker erfüllt unsere Anforderungen am besten und passt in unser Budget?“

Sie könnten damit beginnen, Zach Simkin, den Präsidenten des in New York ansässigen AM-Software- und Beratungsunternehmens Senvol LLC, zu fragen. Seine Produkte und Dienstleistungen „ermöglichen es Unternehmen, auf AM-Daten zuzugreifen, AM-Daten zu generieren und AM-Daten zu analysieren.“ Ein solches Produkt ist die Senvol-Datenbank, eine kostenlose Ressource, die durchsuchbare Details zu mehr als 1.500 industriellen additiven Fertigungsmaschinen und unglaublichen mehr als 3.200 Materialien bereitstellt.

„Es ist wichtig zu wissen, dass der Begriff ‚additive Fertigung‘ eigentlich ein Oberbegriff ist, der verschiedene und recht unterschiedliche Formen der Technologie umfasst“, sagt Simkin. „Die American Society for Testing and Materials (ASTM) definiert sieben verschiedene AM-Prozessklassifikationen, die von einigen der bekannteren wie Materialextrusion und Pulverbettfusion bis zu weniger bekannten wie Blechlaminierung reichen.“
 

Simkin stellt fest, dass sein Unternehmen Mitglied von America Makes ist, einer Organisation, die der AM-Community wertvolle Informationen und Unterstützung bietet. Ebenso Stratasys Ltd., ein in Eden Prairie, Minnesota, ansässiger Hersteller von 3D-Druckern, dessen Gründer Scott Crump 1989 FDM erfand und patentieren ließ. 

Michael Mignatti, Vice President of Engineering bei MakerBot Industries LLC, einem Stratasys-Unternehmen mit Sitz in Brooklyn, New York, gibt den folgenden Rat für alle, die in einen 3D-Drucker investieren möchten, unabhängig davon, wessen Logo sich auf der Vorderseite des Geräts befindet: 

Nein. 1:Lernen Sie den Arbeitsablauf kennen

Wenn dies Ihre erste Erfahrung mit 3D-Druckern ist, werden Sie möglicherweise vom Arbeitsablauf überrascht sein. Beispielsweise muss der Druck, der aus der Maschine kommt, oft nachbearbeitet werden, bevor er gebrauchsfertig ist. Dies kann das Entfernen von Stützstrukturen und die allgemeine Modellreinigung, das Schleifen oder Polieren zum Erzielen der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit, das Einsetzen von Einsätzen usw. sein. Jede Technologie ist anders und hat unterschiedliche Schritte – stellen Sie sicher, dass Sie dies verstanden haben, damit Sie nach Ihrem ersten Druck nicht überrascht oder enttäuscht sind.

Nein. 2:Wo möglich optimieren

Die Technologie ist noch relativ jung. 3D-Drucker haben eine komplexe Elektronik, viele bewegliche Teile und in unserem Fall geschmolzenen Kunststoff. Unabhängig davon, welches Gerät Sie verwenden, ist eine gewisse Anzahl fehlgeschlagener Drucke unvermeidlich. Lassen Sie sich nicht entmutigen. Teile müssen nicht unbedingt speziell für den 3D-Druck entworfen werden, aber es gibt Optimierungen, die die Erfolgsquote erhöhen. Dies wird zur zweiten Natur, sobald Sie den Dreh raus haben, obwohl es eine gewisse Lernkurve gibt.

Nein. 3:Mach deine Hausaufgaben

Es stehen viele verschiedene Technologien zur Auswahl (FDM, SLA, DLP usw.) mit jeweils unterschiedlichen Stärken und Schwächen. Sehen Sie sich Ihre Anwendung an und wählen Sie die Technologie, die Ihren Anforderungen am besten entspricht. FDM-Drucker gehören zu den beliebtesten, weil sie einfach zu bedienen sind, über ein großes Materialangebot verfügen und für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden können, darunter Endverbraucherkomponenten, funktionale Prototypen, Vorrichtungen und Vorrichtungen, kosmetische Teile und so weiter .

Nein. 4:Material ist entscheidend

Die meisten FDM-Maschinen können Standardmaterialien wie PLA, PETG usw. drucken. Wenn Sie zu fortschrittlicheren oder technischen Materialien wie ABS, PC, Nylon, PEKK, Kohlefaser und anderen wechseln, nehmen die Druckschwierigkeiten erheblich zu. Einige Materialien erfordern kontrollierte Umgebungen wie eine beheizte oder sauerstofffreie Kammer, um erfolgreich zu sein, während andere spezielle Extruder und Systeme erfordern, um die Materialanforderungen zu erfüllen. Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, welche Materialien Sie verwenden möchten und ob die Maschine sie erfolgreich verarbeiten kann.

Nein. 5:Größer ist nicht immer besser

Anders als viele vermuten, ist ein größeres Bauvolumen nicht immer besser. Obwohl es verlockend ist, zukunftssicher zu sein und eine Maschine mit dem größten Bauvolumen zu erwerben, das Sie sich leisten können, ist dies nicht immer sinnvoll. Große Drucke können sehr lange dauern, insbesondere solche mit Trägermaterial, und dies ist nicht immer praktikabel. In vielen Fällen ist es besser, sich für die seltenen Fälle, in denen ein großes Build-Volumen erforderlich ist, an ein Servicebüro zu wenden. Dies ist natürlich eine Entscheidung, die auf der Grundlage Ihrer individuellen Bedürfnisse getroffen werden muss.

Wie bereits erwähnt, sind Mignattis Worte relevant, unabhängig davon, welchen Drucker Sie derzeit verwenden oder kaufen möchten. Und doch ist es wichtig, sich auf das zu beziehen, was Simkin sagt – dass es sieben 3D-Drucktechnologien gibt, jede mit ihren eigenen Stärken und Schwächen. MakerBot und seine Muttergesellschaft Stratasys repräsentieren drei davon – FDM, SLA und PolyJet – obwohl die konkurrierenden Technologien SLS (selektives Lasersintern), DMLS (direktes Metall-Lasersintern), Binder Jet und andere für die Fertigungsgemeinschaft nicht weniger relevant sind.

3D-Drucktechnologien

Für diejenigen, die neu im 3D-Druck sind, sind hier einige der additiven Fertigungstechnologien, wie sie von der Internationalen Organisation für Normung (ISO/ASTM 52900) kategorisiert sind.

Alle gebauten Teile oder Teile weisen jeweils eine Schicht auf, normalerweise von unten nach oben, und alle erfordern, dass die Teile in gewissem Umfang einer Nachbearbeitungsentfernung unterzogen werden, die Reinigung, Schleifen und maschinelle Bearbeitung umfassen kann.

Kübel-Photopolymerisation umfasst Stereolithographie (SLA) und Digital Light Processing (DLP) . Wie der Name schon sagt, werden ein Bottich mit photoreaktivem Harz und eine bewegliche Bauplattform zusammen mit einer ultravioletten (UV) Lichtquelle wie einem Laser oder Digitalprojektor verwendet, um jede Schicht aus flüssigem Harz zu „härten“.

Pulverbettfusion (PBF) Drucker stellen Metall- oder Kunststoffteile her, indem sie einzelne Pulverpartikel, die feinem Sand ähneln, mit einem Laser verschmelzen oder sogar zusammenschmelzen. Unternehmen wie GE Aviation haben in den letzten Jahren durch den 3D-Druck von Kraftstoffdüsen für das LEAP-Triebwerk Schlagzeilen gemacht, obwohl es unzählige andere Anwendungen für diese wichtige Technologie gibt.

Blechkaschierung (SL) besser bekannt als laminierte Objektherstellung (LOM) , bei dem lasergeschnittene Papierstücke übereinander geklebt werden, um Teile zu bauen. Neuere Systeme sind auf faserverstärkte Verbundwerkstoffe statt auf Papier umgestiegen, wodurch sie für große Strukturkomponenten in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie geeignet sind.

Es gibt noch viel mehr. Elektronenstrahlfertigung (EBM) ist, wie der Name schon sagt, eine Elektronenkanone anstelle eines Lasers zum Schmelzen von Metallpulver. Binder Jetting (BJ) spritzt beim Material Jetting (MJ) klebstoffartiges flüssiges Bindemittel auf ein Bett aus Kunststoffpulver sprüht flüssige Photopolymere auf eine Bauplattform und härtet sie dann mit UV-Licht aus. Wer die vollständige Spezifikation für fünfzig Dollar lesen möchte, findet sie hier: ISO/ASTM 52900:2015.

Wie nutzen Sie die additive Fertigung in Ihrer Einrichtung? Teilen Sie Ihre Gedanken und Erkenntnisse in den Kommentaren unten mit.