3D-Drucktechnologien (Teil 2)

Teil Zwei:3D-Drucktechnologien

Der 3D-Druck – auch bekannt als additive Fertigung (AM) – bietet eine große Auswahl an verschiedenen Drucktechnologien zur Auswahl. Obwohl es zwischen den einzelnen Verfahren erhebliche Unterschiede geben kann, arbeiten alle 3D-Drucktechniken nach demselben Grundprinzip:Additive Fertigungstechnologien bauen Werkstücke entweder Schicht für Schicht oder durch Abscheidung entlang eines programmierten Pfads auf.

Basierend auf der Methode zur Herstellung von Schichten wird die 3D-Drucktechnologie hauptsächlich in sieben Kategorien unterteilt:

1. Metallextrusion

Eine Düse oder eine andere Öffnung gibt selektiv Material ab. Nachdem eine Schicht fertiggestellt ist, bewegt sich die Konstruktionsplattform nach unten oder der Extrusionskopf nach oben, und die nächste Schicht wird extrudiert und an die vorherige Schicht geklebt. Diese Technologie befasst sich hauptsächlich mit Materialien wie:

• Thermoplaste
• Eutektische Metalle
• Keramik
• Zusammensetzungen
• Knete
• Metallgefüllte Tone
• Beton
• Essen
• Lebende Zellen

Diese Technologie umfasst zwei Unterkategorien:Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF). Zu den Hauptanbietern dieser Technologie gehören Stratasys, Arbur, Aleph Objects, Beijing Tiertime, MarkerBot Industries und Ultimaker. Die Metallextrusionstechnologie stellt die größte installierte Basis von AM-Maschinen dar. Der Prozess wurde von Stratasys entwickelt.

2. Materialstrahlen

Ein oder mehrere Tintenstrahldruckköpfe tragen kleine Tropfen des Baumaterials auf, während sie sich über das Pulverbett bewegen. Da mehrere Druckköpfe verwendet werden können, kann jeder unterschiedliche Materialien drucken. Diese Technologie kann auch eine „Direct-Write“-Technologie verwenden, bei der Druckmaterialien in Nanopartikelgröße zerstäubt und mit einem inerten Trägergas zu einem Aerosol kombiniert werden und das Aerosol dann auf eine Oberfläche geschleudert wird.

Diese Technologie befasst sich mit Materialien wie:

• Photopolymere
• Wachsartige Materialien
• Metalle/Nichtmetalle
• Leiter
• Dielektrika

Zu den Hauptanbietern gehören 3D Systems, Stratasys, Solidscape und Keyence. Diese Technologie kann Feingussmuster erzeugen.

3. Binderdüsen

Binder Jetting trägt mit Inkjet-Druckkopfdüsen sorgfältig ein flüssiges Bindemittel auf, um Pulvermaterialien zu verbinden. Anders als beim Materialstrahlen ist das durch die Düse abgegebene Material nicht das rohe Baumaterial, sondern ein verflüssigtes Bindemittel, das auf ein Pulverbett aufgetragen wird, um das Pulver in der gewünschten Form zu halten.

Diese Technologie funktioniert mit:

• Acrylpolymer
• Metall
• Sand
• Keramik

Zu den Hauptanbietern dieser Technologie gehören 3D Systems, ExOne Company, Voxeljet Technology GmbH, Microjet Technology, Digital Metal und HP. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um Sandmuster für das Sandgussverfahren zu bauen.

4. Blattlaminierung

Die Blechlaminierung verbindet Schichten aus Blechmaterial, um ein Design zu realisieren. Plattenmaterialien sind entweder mit Klebstoff behandelte Papiere, die ähnlich wie Sperrholz einen festen Körper bilden, wenn sie in das vollständig geformte Objekt laminiert werden, oder Metallfolien und -bänder, die stattdessen Metallteile erzeugen. Die Blechlaminierung wird auch als Laminated Object Manufacturing (LOM) bezeichnet.

Zu den Hauptanbietern dieser Technologie gehören Helisys, Micro Technologies und Fabrisonic.

5. Bottich-Photopolymerisation

In einem Bottich enthaltenes flüssiges Photopolymer wird durch lichtaktivierte Polymerisation selektiv ausgehärtet. Diese Technologie funktioniert nur mit Photopolymeren. Derzeit sind zwei Arten von Wannen-Photopolymerisationstechnologien auf dem Markt.

• Stereolithographie (SLA) verwendet einen Ultraviolettlaser und X-Y-Abtastspiegel, die auf computergesteuerten Galvanometern montiert sind, um die obere Schicht aus flüssigem Photopolymer in der Wanne zu härten. Jeder vom Laser berührte Punkt wird dann gehärtet. SL war der unbestritten führende Prozess in den Anfangsjahren von AM.

• Die Küpenpolymerisation wurde erweitert, um auch die digitale Lichtverarbeitung einzuschließen (DLP). Anstatt einen Laser als Lichtquelle zum Aushärten zu verwenden, verfügen DLP-AM-Drucker über eine digitale Lichtprojektionsleinwand, um das gesamte Schichtbild auf einmal zu projizieren und auszuhärten.

Zu den Hauptanbietern dieser Technologie gehören unter anderem 3D Systems, Envisiontec, DWS, Asiga und Rapid Shape.

6. Power Bed Fusion

Thermische Energie verschmilzt selektiv Bereiche eines Pulverbetts. Die Wärmeenergie schmilzt das Pulvermaterial, das dann beim Abkühlen in eine feste Phase übergeht. Die bei dieser Technologie verwendete Energiequelle könnte entweder ein Laser oder ein Elektronenstrahl sein.

Dieser Prozess ist auch bekannt als:

• Lasersintern
• Direktes Metall-Lasersintern
• Selektives Lasersintern
• Elektronenstrahlschmelzen
• Selektives Laserschmelzen

Die laserbasierte Technologie erzeugt bessere Oberflächengüten und feinere Details als Elektronenstrahl-Aufbauten. Elektronenstrahlen sind im Vorfeld teurer, aber sie sind auch schneller und produzieren Teile mit geringerer Eigenspannung.

Die Mehrheit der Metall-AM-Systeme verwendet das Pulverbettschmelzverfahren. EOS ist ein etablierter Metall-AM-Prozess mit der größten installierten Basis. Hochenergetische Pulverbettschmelzverfahren (PBF) drohen der traditionellen Feingussindustrie trotz ihrer hohen Kosten Marktanteile abzunehmen. PBF-Prozesse können komplexe 3D-Formen aus Legierungen herstellen, die nahezu den metallurgischen Eigenschaften von Feinguss entsprechen. SLM ist die ausgereifteste AM-Methode und beherrscht über 70 % des Metalldruckmarkts.

Diese Technologie funktioniert mit Polymeren, Metall und Sand. Zu den Hauptanbietern gehören 3D-Systeme, EOS, Arcam, SLM-Lösungen, Realizer, Concept Laser, Aconity3D, Proto Labs und mehr.

7. Gerichtete Energiedeposition

Wärmeenergie wird verwendet, um Materialien zu verschmelzen, während das Material abgeschieden wird. In den meisten Fällen ist ein Laser die Energiequelle und das Material eine Art Metallpulver. Ein 4- oder 5-Achsen-Bewegungssystem wird verwendet, um den Auftragskopf zu positionieren. Diese Technologie funktioniert nur mit Metallmaterialien, es kann jedoch mehr als eine Art von Metallmaterial gleichzeitig verwendet werden.

Zu den Hauptanbietern der Directed Energy Deposition (DED)-Technologie gehören Optomec, POM Group, BeAM, Trumpf, RPM und Innovations. DED ist auch als Blown Powder AM und Laser Cladding bekannt. Dies ist ein geeignetes Verfahren zum Hinzufügen von Material zu vorhandenen Werkstücken, wodurch es optimal für die Reparatur oder Modifikation von Teilen ist.

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