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EIN 3D Drucker ist ein Drucker welche basierend auf digitale Bauzeichnungendreidimensional Gegenstände herstellen kann. Dies geschieht, indem das Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird. Meistens verwenden 3D-Drucker Kunststoff, da dieser billiger und einfacher zu bedienen ist. Einige 3D-Drucker können mit anderen Materialien wie Metallen und Keramik. 3D-Druck ist ein Zweig der Rapid-Prototyping-Industrie.
Geschichte
Das dreidimensionale Druckverfahren entstand aus einer Reihe von Projekten der MIT in Zusammenarbeit mit der Firma 3D Systems im Jahr 1990. Dies war eine Erweiterung von Rapid-Prototyping, bei dem es hauptsächlich um eine schnelle Prototyp-Modell zu machen. Die ersten Anwendungen waren mit einem Metall als Produktionsmaterial.
Es Massachusetts Institute of Technology nach erfolgreicher Operation Lizenzen an sechs Unternehmen zur kommerziellen Produktion und Nutzung dieser Technologie übertragen. Der nächste Schritt war die Herstellung von Modellen auf Basis anderer Stoffe, wie z Keramik.
Im Jahr 2005, im Vereinigte Staaten ein schnell wachsender Markt für Bastler und den Heimgebrauch mit der Verfügbarkeit des Open-Source-RepRap und der Fab@Home-Projekte. Die meisten Heim-3D-Drucker verwenden daraus abgeleitete Techniken.[1] Eine 2013 durchgeführte Studie zeigte, dass der 3D-Druck ein Massenprodukt werden könnte, mit dem Verbraucher beim Kauf kleiner Haushaltsprodukte Geld sparen können.[2] Anstatt eine zu kaufen buying Spritzguss hergestelltes Produkt, wie eine Tasse oder ein Trichter, könnte jemand zu Hause drucken.
Inzwischen gibt es auch Kurse, die 3D-Druck im Unterricht anbieten, um die Schüler mit seinen Möglichkeiten vertraut zu machen.
Methoden
Eine gängige Methode im 3D-Druck ist die Verwendung eines feinen Pulvers (Besetzung, pflanzliche Stoffe, Biokunststoff, Polyurethan, Polyester, Epoxid), wodurch Schichten dieses Pulvers miteinander verbunden werden, wonach sie eine feste Form annehmen. Diese Anleihen sind definiert durch a CAD-Datei. Dieses Verfahren ist das einzige Verfahren, bei dem ein Modell vollständig mit Farben gedruckt wird. Es ist auch die schnellste Methode.
Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein anderer Weg, bei dem geschmolzene Polymere kann auf eine Trägerschicht aufgesprüht werden und das Modell wird Schicht für Schicht aufgebaut.
Eine andere Methode ist die Verwendung von Flüssigkeiten, wie z Photopolymer wo Sie auch Schicht für Schicht drucken. Dann ein uvLampe am Druckkopf aktiviert, die jede Flüssigkeitsschicht verfestigt. Diese Methode ist auch bekannt als Stereolithographie.
Ein ähnliches Druckverfahren verwendet ein spezielles Gel, das von einem Laser auf die Bereiche bestrahlt wird, die fest sein müssen. Dann wird der nicht feste Teil des Gels weggewaschen. Mit dieser Methode können sowohl Objekte kleiner als 100 nm als auch komplexe Modelle modelliert werden.
Die Zwischenschicht, die die verschiedenen Schichten verbindet, kann nach der Modellherstellung manuell entfernt oder bei teureren Druckern durch Eintauchen des Modells in eine Flüssigkeit aufgelöst werden. Das Ergebnis ist ein hohles Modell, das die beabsichtigte Form ziemlich genau nachahmt.
Es spielt keine Rolle, welche Modellierungssoftware für das Modell verwendet wird, solange sie das Modell in dem von der Druckersoftware verwendeten Format ausgeben kann.
Eigenschaften
Kommerzielle 3D-Drucker gibt es seit Anfang des 21. Jahrhunderts schon ab dreihundert Euro, aber sie haben keine so hohe Auflösung und sind nicht zu schnell: Schachfigur dauert zum Beispiel eine Stunde.
Modellauflösungen und Abmessungen afmetingen
Das Auflösung der aktuellen Drucker liegt zwischen 328 × 328 × 606 DPI (xyz) in HD-Auflösung bis zu 656 × 656 × 800 DPI (xyz) in Ultra-HD-Auflösung. Die Genauigkeit beträgt 0,025 mm - 0,05 mm pro Zoll. Die Größe eines Modells kann bis zu 737 mm × 1257 mm × 1504 mm betragen.
Druckmaterial
sehen Filament (3D-Drucker) für den Hauptartikel zu diesem Thema.Kunststoffe
Filament ist die Materialquelle eines 3D-Druckers und besteht normalerweise aus thermoplastisch. Die wichtigsten Kunststoffe sind Polymilchsäure (PLA), Abs und PETG, aber auch Nylon, SPÄHEN und TPE werden immer häufiger verwendet. Durch Zugabe von Farbstoffen während des Produktionsprozesses kann jede gewünschte Farbe hergestellt werden.
| Name | Typ 1 | Typ 2 | Typ 3 | Typ 4 |
|---|---|---|---|---|
| PA12 | normal | GB | CF | Aluminium |
| TPU | TiAl6V4 |
Metall
Ein neueres Verfahren ist das Drucken mit einem Metall als Rohmaterial. Die niederländische Firma Admatec hat dafür eine Drucktechnik entwickelt, die ein Mikrodosiersystem verwendet, das eine sehr dünne (30 ich) trägt eine Farbschicht auf, die die Metallpulver enthält. Die Lackschicht wird mit einem Laser belichtet. in der dünnen Lackschicht sitzen größere und kleinere Pulverpartikel nebeneinander; die kleinen Partikel füllen den Raum zwischen den größeren Partikeln aus, was zu einer optimalen Verdichtung führt. Diese Verdichtung führt zu einem guten Oberflächenfinish und einer hohen Festigkeit. Untersuchungen haben gezeigt, dass man in Bezug auf die Zugfestigkeit an der Spitze des Marktes von Edelstahl 316L Sitzung. Die hohe Auflösung und das Fehlen von losem Puder machen das Einsatzgebiet sehr vielfältig.
| Name | Typ 1 | Typ 2 | Typ 3 | Typ 4 |
|---|---|---|---|---|
| Aluminium | AlSi9Cu3 | AlSi7Mg | AlSi10Mg | Scalmalloy® AlMgSc |
| Titan | TiAl6V4 | |||
| Werkzeugstahl | 1.2709 | |||
| Wolfram | ||||
| Kobalt-Chrom | ||||
| rostfreier Stahl | 316L | 17-4 | 1.4859 | |
| Inconel | IN625 | IN718 | ||
| Kupfer | CuNi2SiCr |
Keramik
Beim 3D-Drucken eines Keramikprodukts mit der in den Niederlanden entwickelten Admaflex-Technik durchlaufen Sie mehrere Schritte.
- Es beginnt mit dem Mischen eines Keramikpulvers mit einer UV-empfindlichen Flüssigkeit.
- Ein 3D-CAD-Modell des gewünschten Produkts wird in horizontale Schichten unterteilt. die Schichtdicke liegt zwischen 30 und 50 Mikrometer.
- Auf einer transparenten Kunststofffolie wird eine dünne Schlickerschicht aufgetragen. Eine UV-Quelle strahlt auf der Unterseite gegen das Material und macht die UV-empfindliche Flüssigkeit polymerisiert. Die UV-Quelle ist ein High-Definition-Projektor, mit dem ein Teil der Schicht sehr genau bestrahlt werden kann. Dies wird als Digital Light Processing (DLP) bezeichnet.
- Der 3D-Drucker trägt die nächste Schicht auf, bis das Produkt geformt ist. Dieses Produkt ist die grüne Form (Grünkörper) und durchläuft einige weitere Schritte:
- die Produkte werden in einen Ofen gegeben, um das Polymer abzubrennen. Dies wird als Entbindung bezeichnet.
- Nach dem Ablösen wird die Temperatur weiter erhöht, wodurch das Keramikmaterial sintert und sich zu einem sehr starken und harten Produkt verdichtet. das Produkt kann bis zu 30% schrumpfen.
Bei diesem Verfahren wird die Gülle umgepumpt und es geht kaum Rohstoff verloren; das gesamte Material setzt sich im Produkt ab. Mit der DLP-Technologie lässt sich eine deutlich bessere Materialqualität erzielen als mit herkömmlichen 3D-Drucktechniken: Die Technik erzeugt sehr homogene Materialien, bei denen die Materialeigenschaften in alle Richtungen gleich sind.
| Name | Typ 1 | Typ 2 | Typ 3 | Typ 4 |
|---|---|---|---|---|
| HA | ||||
| aTCP |
Anwendungen
3D-Drucker kommen vor allem dort zum Einsatz, wo Designer Zeit bei der Herstellung von Modellen sparen möchten. Dazu gehört die Medizin, die Architektur, Mode und Design, aber auch die Unterhaltungsindustrie wie die Spieleindustrie und die Filmindustrie zählen zu den Anwendern. Auch Künstler nutzen diese Maschine, um ihre Kreationen in relativ kurzer Zeit in eine feste Form zu bringen.
Die Zahl der Unternehmen, die sich auf den Druck von 3D-Modellen für andere Unternehmen spezialisiert haben, wächst.
Im Prinzip braucht ein Konsument mit eigenem 3D-Drucker und den notwendigen Materialien für ein gewünschtes Produkt nur die „Bauzeichnung“ zu bestellen; dann kann er das Produkt vom Drucker selbst herstellen lassen. Die US-Firma Defense Distributed hat Dateien für die Teile einer einfachen Single-Shotschot Gewehr ins Internet stellen (nur die Schlagbolzen, aus Metall, wird noch benötigt und a Muster), aber auf Anordnung der Behörden wieder entfernt.[3][4]
Im Jahr 2014 gewann der Einsatz von 3D-Druckern an Fahrt, als große Industrieunternehmen wie Siemens AG die Technologie in ihren Produktionsprozess integriert.[5]
Verschiedene Unternehmen und Organisationen arbeiten an 3D-Druckern zum Drucken von Gebäuden. Das ESA baut ein Haus auf dem Mond.[6] Der niederländische Architekt Janjaap Ruijssenaars entwickelt in Zusammenarbeit mit mehreren niederländischen Unternehmen das „Landscape House“ mit einer Fläche von mehr als 1100 m2.[7] Ein 3D-Drucker könnte jetzt ein Haus in 20 Stunden drucken.[8] In China wurde sogar ein ganzes Wohnhaus mit einem 3D-Drucker gedruckt.
Das niederländische Unternehmen CyBe Construction hat in Zusammenarbeit mit Heijmans Anwendungen wie 3D-gedruckte Schalungen entwickelt.[9] Am 17. Oktober 2017, in Gemert eine 3D-gedruckte Fahrradbrücke aus Beton wurde in Betrieb genommen.[10]
In Kombination mit einem speziellen Scanner wird mit einem 3D-Drucker auch eine Statue (auch in Farbe) einer Person hergestellt. Zwischen Scannen und Drucken kann ein Vorgang auch manuell am Computer durchgeführt werden.
Auch in der ISS ein 3D-Drucker wurde eingerichtet. Dieser war im Jahr 2016 von der NASA zur ISS geschickt. Es ermöglicht die schnelle Herstellung von Werkzeugen und Teilen für Reparaturen und verringert die Abhängigkeit von Astronauten von der Erde, wenn etwas ersetzt werden muss.[11]
Open-Source-Drucker
Heutzutage gibt es bereits Entwürfe von Bastlern von 3D-Druckern, die für ein paar hundert Euro gebaut werden können. Außerdem verwenden diese andere, billigere Druckmaterialien, insbesondere Kunststoff. Einige dieser Initiativen werden als RepRap, ultimativer Hersteller und Cartesio. Sie werden unter anderem zum Bedrucken von mechanischen Teilen und Gehäusen für Hobbyprojekte verwendet. Ein wichtiger Teil der Teile des RepRap ist als Design erhältlich und kann mit einem 3D-Drucker gedruckt werden. Dieser Drucker wird auch verwendet, um andere 3D-Drucker herzustellen.
Siehe auch
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
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