Der 3D-Druck ist eine der revolutionärsten Technologien des 21st Jahrhundert, und es verändert ständig die Art und Weise, wie Dinge geschaffen, entworfen und gebaut werden. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die 3D-Druckindustrie für produzierende Einzelhändler eine der wichtigsten Branchen ist, die man im Auge behalten sollte.
Allerdings fällt es vielen Käufern möglicherweise schwer, über die verschiedenen Innovationen in der 3D-Drucktechnologie auf dem Laufenden zu bleiben. In diesem Artikel werden sieben der wichtigsten Technologien besprochen, die Sie kennen sollten, und wichtige Tipps für die Auswahl des richtigen Druckverfahrens gegeben.
Inhaltsverzeichnis
Was ist 3D-Druck?
Überblick über die 3D-Druckbranche
7 Arten von 3D-Drucktechnologien
So wählen Sie das richtige 3D-Druckverfahren aus
Zusammenfassung
Was ist 3D-Druck?
Der 3D-Druck ist Teil eines Prozesses namens additive Fertigung, bei dem ein Objekt durch schichtweises Hinzufügen eines Materials entsteht. Während dieses Verfahren in der Großfertigung zur Herstellung von Autoteilen oder Triebwerkskomponenten von Flugzeugen eingesetzt wird, kann es auch zu Hause oder für den geschäftlichen Gebrauch in kleinem Maßstab eingesetzt werden 3D Drucker.
Der erste Schritt beim 3D-Druck besteht darin, einen Bauplan des zu druckenden Objekts zu erstellen. Sobald ein Benutzer ein 3D-Design hat, sendet er es an einen Drucker, der die Daten empfängt, das Material durch ein Rohr zieht, es schmilzt und es auf eine Platte legt, wo es sofort abkühlt. Das 3D-Objekt entsteht durch Schichtung, wobei der Drucker jeweils eine Schicht des Materials aufträgt, bis eine vollständig geformte Struktur entsteht.
Überblick über die 3D-Druckbranche
Der 3D-Druckmarkt verzeichnet ein stetiges Wachstum. Im Jahr 2023 erreichte der Weltmarkt eine Bewertung von 20.67 Milliarden US-Dollar – ein Wert, der bis 91.8 voraussichtlich auf 2032 Milliarden US-Dollar steigen wird. Marktanalysten gehen davon aus, dass dieses Wachstum mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 18.92 % erfolgen wird.
Der Aufschwung der digitalen Technologie beeinflusst den Aufstieg der 3D-Druckindustrie, die sich ideal für die moderne Fertigung eignet. Viele Länder haben den 3D-Druck bereits eingeführt, wobei die Vereinigten Staaten im Jahr 3 mit einem Marktanteil von mehr als 2023 % der größte Geber beim Kauf von 34D-Druckern sein werden. Da die Nachfrage nach 3D-Drucktechnologie weiter wächst, können Unternehmen, die die richtigen 3D-Druckwerkzeuge beschaffen, von dem riesigen Markt profitieren.
7 Arten von 3D-Drucktechnologien
Es gibt weltweit verschiedene Arten von 3D-Drucktechnologien, die praktisch eingesetzt werden. Das Verständnis dieser Typen kann Einzelhändlern helfen, fundierte Entscheidungen bei der Bevorratung von Produkten zu treffen und die Produktionsauswahl basierend auf der Nachfrage zu verbessern. Dazu gehören Folgendes:
1. Stereolithographie (SLA)
Stereolithographie, oder SLA, ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem ein Laser flüssiges Harz zu gehärtetem Kunststoff aushärtet. Upside-down oder inverted Stereo ist das am häufigsten verwendete SLA-System.
Je nach Maschine wird das Harz vom Benutzer in den Tank eingefüllt oder automatisch aus einer Kartusche dosiert.
Zu Beginn des Drucks wird eine gebaute Plattform auf das Harz abgesenkt, so dass nur eine dünne Flüssigkeitsschicht zwischen der Baufläche und dem Boden des Tanks verbleibt.
Ein klares Glas am Boden des Harztanks ermöglicht es Galvanometern, den UV-Laser zu steuern, einen Querschnitt des 3D-Modells zu zeichnen und das Material selektiv auszuhärten. Der Druck wird in aufeinanderfolgenden Schichten mit einer Dicke von jeweils weniger als 100 Mikrometern aufgebaut.
Sobald eine Schicht fertig ist, wird die Plattform wieder abgesenkt und das Bauteil vom Tankboden abgezogen, damit frisches Harz darunter fließen kann.
SLA wurde ursprünglich in den 80er Jahren entwickelt und war bis vor Kurzem auf große Industriemaschinen beschränkt. Heutzutage bietet die Desktop-Lithographie einen kostengünstigen, hochauflösenden 3D-Druck, der bequem in den Arbeitsbereich des Benutzers passt.
SLA ermöglicht die Verwendung einer breiten Palette von Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. Ob Ingenieur, Produktdesigner, Bildhauer, Juwelier oder Zahnarzt, es gibt ein Material für ihre Anwendung.
2. Digitale Lichtverarbeitung (DLP)
In digitale Lichtverarbeitung oder DLP, der eigentliche Prozess der Aushärtung und Herstellung des 3D-Objekts ist bis auf eine Abweichung derselbe wie beim SLA-3D-Druck. Bei der Stereolithographie wird mit einem Laser die 3D-Nachbildung des Objekts auf die Tankoberfläche projiziert, wodurch eine Schicht über der anderen entsteht.
Bei der digitalen Lichtbearbeitung wird der Laser durch eine Bogenlampe oder Lichtquelle ersetzt. Das Licht wird in Form der gewünschten Form auf die Oberfläche des flüssigen Polymers projiziert und das jeweilige flüssige Polymer härtet leicht aus, sodass die Formung weniger zeitaufwändig ist als mit dem Laser. Das Ergebnis ist ein schnellerer 3D-Druckprozess als SLA.
Bei der digitalen Lichtverarbeitung werden verschiedene Materialien wie Nylon, ABS und Thermoplaste verwendet. Daher ist es vielseitig einsetzbar. Mithilfe des Bottom-Up-Drucks mit hoher Auflösung werden auch verschiedene Formen hergestellt.
3. Fused Deposition Modeling (FDM)
Bei diesem schichtadditiven 3D-Druckverfahren werden thermoplastische Materialien in Produktionsqualität verwendet, um sowohl Prototypen als auch Endverbrauchsteile herzustellen.
Die Technologie ist dafür bekannt, Detaildetails präzise darzustellen und weist ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf. Es ist ideal für Konzeptmodelle, funktionale Prototypen, Fertigungshilfen und Endverbrauchsteile in kleinen Stückzahlen.
Das FDM-Prozess beginnt mit dem „Schneiden“ von 3D-CAD-Daten in Schichten. Die Daten werden dann in eine Maschine übertragen, die das Teil Schicht für Schicht auf einer Bauplattform aufbaut.
Zur Herstellung jedes Teilquerschnitts werden dünne fadenförmige Spulen aus Thermoplasten und Trägermaterial verwendet. Wie bei einer Heißklebepistole wird abgerolltes Material langsam durch doppelt beheizte Düsen extrudiert. Mit Präzision legen die Düsen sowohl den Träger als auch das 3D-Druckmaterial auf die vorherigen Schichten auf.
Die Extrusionsdüse bewegt sich weiterhin in einer horizontalen XY-Ebene, während sich die Bauplattform nach unten bewegt und das Teil Schicht für Schicht aufbaut. Der Benutzer entfernt das fertige Teil von der Bauplattform und reinigt das Trägermaterial.
RAW-FDM-Teile haben sichtbare Schichtlinien. Mehrere Endbearbeitungsoptionen wie Handschleifen, Montage oder kosmetische Lackierung können aufgetragen werden, um glatte, gleichmäßige Oberflächen zu schaffen.
Während FDM-Teile aus Thermoplasten wie ABS, Polycarbonat und Ultem hergestellt werden, sind sie sowohl funktional als auch langlebig.
4. Selektives Lasersintern (SLS)
SLS-Druck ist ein laserpulverbasierter Druck, bei dem anstelle von Filamenten oder Harz Pulver als Rohmaterial verwendet wird. Der Druckvorgang beginnt mit dem Absenken eines Pulverreservoirs und dem Befüllen mit thermoplastischem Pulver, typischerweise Nylon.
Die Partikel, aus denen das Pulver besteht, sind rund, haben einen Durchmesser von weniger als 100 Mikrometern und eine glatte Textur. Dadurch kann das Pulver in einer dünnen, dichten Schicht verteilt werden, was für den Erfolg eines SLS-Drucks wichtig ist.
Bevor mit dem Druck begonnen wird, wird das Pulver durch Heizspiralen knapp unter seine Schmelztemperatur erhitzt und in einigen Fällen sogar Infrarotlampen. Das Pulver wird während des gesamten Druckvorgangs auf dieser Temperatur gehalten, um es dem Laser zu erleichtern, das Pulver zu schmelzen, da hierfür nur eine geringe Energiemenge erforderlich ist. Es verhindert außerdem, dass sich das gedruckte Teil aufgrund von Temperaturgradienten verzieht.
Ein Pulververteiler wie eine Klinge oder eine Walze erzeugt eine dünne, gleichmäßige Schicht auf der Bauplattform. Anschließend erhitzt ein Laser selektiv Bereiche des Baubereichs, um das Pulver in einer definierten Geometrie zu schmelzen. Dieser Teil wird wiederholt, wobei jedes Stück nach jeder Schicht höher wird.
Es sollte klar sein, dass Fehler oder Artefakte im Pulver sich direkt auf das Teil auswirken und zu schlechten mechanischen Eigenschaften oder möglichen Druckfehlern führen. Deshalb sind glatte, gleichmäßige Schichten wichtig.
Wenn alles gut geht, umhüllt das nicht eingetragene Pulver das gedruckte Teil vollständig. Das bedeutet, dass beim SLS-Druck kein Stützmaterial erforderlich ist; Jede Geometrie kann gedruckt werden. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass genügend Platz vorhanden sein muss, um das lose Pulver nach dem Druck zu entfernen.
5. Selektives Laserschmelzen (SLM)
Das selektives Laserschmelzen Bei diesem Verfahren werden metallische Pulvermaterialien verwendet, um ein Objekt Schicht für Schicht aufzubauen. Es dient zur Herstellung von Objekten aus verschiedenen Metallen, die meist eine hohe Dichte aufweisen. Bei dieser 3D-Drucktechnologie wird Metallpulver mithilfe eines Lasers geschmolzen, wodurch es abgekühlt und verfestigt wird.
Bei jedem Laserzyklus entsteht eine neue Scheibe des zu erstellenden Objekts. Anschließend wird die Arbeitsplattform genau um die Dicke einer Seite abgesenkt, während ein Schaber das Pulver neu verteilt. Das geschmolzene Metall verfestigt sich und der Vorgang wiederholt sich.
Der Laser verschmilzt die alten und neuen Schichten miteinander, bis der Prototyp fertig ist. Jedes Bauteil wird nach dem Ausbau des Bauteils mit einer losgelösten Stütze an der Arbeitsplattform angeschweißt.
Das fertige Objekt wird vom ungenutzten, recycelbaren Pulver befreit und von überschüssigem Pulver befreit, was zu sehr robusten, präzisionsgefertigten Produkten führt.
Das selektive Laserschmelzen bewährt sich, wenn komplexe Bauteile schnell hergestellt werden müssen. Es ermöglicht auch die Herstellung komplexer Produkte mit integrierten Funktionselementen wie z. B. angepasster Kühlung.
6. Elektronisches Strahlschmelzen (EBM)
Elektronisches Strahlschmelzen ist ein additiver Metallfertigungsprozess, bei dem der Ausgangspunkt ein Bett aus Pulvermetall ist, das Schicht für Schicht verschmolzen wird, um mithilfe eines Elektronenstrahls das feste Metallteil aufzubauen.
Im Vergleich zu gängigeren Laser-Pulverbett-Fusion-Techniken wie SLS und SLM handelt es sich um einen hochenergetischen Prozess, weshalb der Elektronenstrahl zum Einsatz kommt.
Das Elektronenstrahlschmelzen findet typischerweise in einer Maschine unter Vakuum und hohen Temperaturen statt. Ein Benutzer beginnt damit, eine Schicht Metallpulver über den Baubereich zu verteilen und das gesamte Pulver vorzuwärmen. Dann verschmilzt es der Elektronenstrahl, indem er die Stellen schmilzt, die für den Aufbau des Objekts erforderlich sind.
Der Vorgang wird wiederholt, bis am Ende ein halbfester Pulverblock oder -kuchen entsteht, der die vorgewärmten körnigen Materialien enthält. Der nächste Schritt besteht darin, den Block zu entlasten und dann mit dem Arbeitsablauf fortzufahren.
Einer der Vorteile von EBM besteht darin, dass die höhere Energiequelle den Einsatz größerer Durchmesser ermöglicht Metallpulver, was auch einfacher zu handhaben ist. Bei der Arbeit mit feinem Pulver besteht außerdem kein Risiko für die Atemwege. Daher ist mit EBM das Arbeiten mit dem Pulver und der Aufenthalt in dessen Nähe ohne besondere Sicherheitsausrüstung möglich.
Ein weiterer Vorteil des elektronischen Strahlschmelzens besteht darin, dass es bei höheren Temperaturen stattfindet als das Laser-Pulverbettschmelzen. Dies führt zu einem besseren Umgang mit thermischen Spannungen, weniger Verwerfungen und Verformungen sowie einer besseren Maßgenauigkeit.
Elektronisches Strahlschmelzen wird häufig zur Herstellung medizinischer Implantate eingesetzt, kommt aber auch in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbau zum Einsatz.
7. Herstellung laminierter Objekte (LOM)
Die andere 3D-Drucktechnologie ist Herstellung von laminierten Objekten. Die Herstellung laminierter Objekte (LOM) ist ein Rapid-Prototyping-Prozess, bei dem beschichtete laminierte Papier-, Kunststoff- oder Metallschichten erfolgreich zusammengeklebt und mit einem Schneidwerkzeug oder einem Laserschneider in Form geschnitten werden.
Jede Schicht des Bauprozesses enthält die Querschnitte eines von mehreren Teilen. Bevor die Verarbeitung beginnt, wird dem Drucker ein Bild aus einer CAD-abgeleiteten STL-Datei zugeführt. Eine LOM-Systemsoftware berechnet und steuert die Slicing-Funktionen, während die Laminierung und Objektausrichtung manuell erfolgt.
Während des Bauprozesses erstellt das System einen Querschnitt des 3D-Modells, misst die genaue Höhe des Modells und schneidet die horizontale Ebene entsprechend auf. Die Software bildet dann Kreuzschraffuren und den Umfang des Modells ab.
Ein größerer Strahl schneidet jeweils die Dicke einer Materialschicht ab, und nachdem der Umfang gebrannt ist, wird die Modellgrenze von der verbleibenden Schicht befreit.
Die Plattform mit dem Stapel zuvor gebildeter Schichten senkt sich ab und ein neuer Materialabschnitt rückt vor.
Die Plattform fährt nach oben und eine beheizte Walze laminiert das Material mit einer einzigen Hin- und Herbewegung auf den Stapel und verbindet es mit der vorherigen Schicht. Dann misst ein vertikaler Encoder die Höhe des Stapels und gibt die neue Höhe an den Schnitt weiter. Diese Reihenfolge wird fortgesetzt, bis alle Schichten aufgebaut sind.
Nachdem die Materialien vollständig formuliert sind, erfolgt die Verarbeitung des Materials. Dazu gehört die Trennung des laminierten Teils vom LOM-Block. Nach dem Trennen kann das Objekt je nach Wunsch geschliffen, poliert oder lackiert werden.
So wählen Sie das richtige 3D-Druckverfahren aus
Unternehmen können das Richtige wählen 3D Druck Methode nur dann anwenden, wenn einige Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden. Hier sind drei Schlüsselelemente, die Sie priorisieren sollten, bevor Sie in eine bestimmte Technologie investieren.
1. Die Fertigungs- bzw. Prozessfähigkeit
Bei der Auswahl einer 3D-Drucktechnologie kommt es zunächst auf die Praktikabilität des Verfahrens zur Herstellung des Produkts an. Die physikalischen Eigenschaften des hergestellten Objekts können Benutzern dabei helfen, die Druckmethode einzugrenzen. Dazu gehören die gewünschte Dicke, Genauigkeit, Größe oder Stützstruktur des fertigen Produkts.
Beispielsweise beträgt die minimale Wandstärke beim SLA-Druck 0.6 mm, während die digitale Lichtverarbeitung bis zu 0.2 mm ermöglicht. Das Ergebnis des gedruckten Objekts ist bei Fused Deposition am ungenauesten, während SLA am genauesten ist und die höchste Auflösung aufweist.
Während sich SLS oder SLA für die meisten 3D-Druckanforderungen hervorragend eignet, können komplexere Designs, die eine fachmännische Handhabung erfordern, durch FDM-, EBM- oder LOM-Druck erreicht werden.
2. Eigenschaften oder Funktionalität der Endteile
Eine weitere Möglichkeit, das ideale 3D-Druckverfahren auszuwählen, besteht darin, die Funktionalität des Endprodukts zu berücksichtigen. Dabei müssen die Unempfindlichkeit gegenüber Umweltbedingungen, die Flexibilität, die Steifigkeit und andere physikalische Aspekte wie Chemikalien- und Hitzebeständigkeit, ökologische Unbedenklichkeit und die Frage, ob es überhaupt essbar ist, geprüft werden.
Feuchtigkeit oder Sonnenlicht können die Qualität der Produkte beeinträchtigen; Daher ist die Hitze- und Feuchtigkeitsbeständigkeit nicht gewährleistet auf Harzbasis Prozesse wie SLA oder DLP. Daher können Benutzer pulverinfusionsbasierte Methoden wie EBM-, SLM- oder LOM-Drucktechnologien in Betracht ziehen. Darüber hinaus weisen mit diesen Technologien gedruckte Artikel die stärksten chemischen Eigenschaften auf.
Dies bedeutet, dass SLA und DLP für den Druck von Materialien geeignet sind, die keinen rauen äußeren Einflüssen ausgesetzt sind, während selektive Lasersintermethoden mit elektronischem Strahlschmelzen am besten für den Druck von Materialien in Industriequalität geeignet sind.
3. Material und Verarbeitung
Schließlich müssen Unternehmen die Art des Materials hervorheben, das sie zur Herstellung des Objekts verwenden, und das Finish, das sie vom Druck erwarten. Zu den am häufigsten für den 3D-Druck verwendeten Materialien gehören: Faden, Pulverund Harz, wobei diese Materialien weiter in Polymere oder Kunststoffe, Metalle, Keramik und andere unterteilt werden Verbundwerkstoffe.
Kunststoffe werden auch in Thermoplaste und Duroplaste eingeteilt. SLS und FDM eignen sich am besten für Thermoplaste, während die beste Drucktechnologie für Duroplaste Stereolithographie und Digital Light Processing (DLP) ist.
Metallmaterialien haben die stärksten Eigenschaften und eignen sich für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in der Medizin. Auch bei der Herstellung robuster Teile wie Türscharnieren oder anderen Metallteilen für leichte Anwendungen spielt die Art des Materials eine Rolle. SLM-, LOM- und EBM-Verfahren bieten Drucklösungen für solche Anforderungen.
Mittlerweile weisen diese unterschiedlichen Drucktechnologien auch unterschiedliche Veredelungen auf. Wer beispielsweise eine plattierte oder glänzende Oberfläche wünscht, kann sich für SLA- und FDM-Techniken entscheiden. SLA und DLP sorgen für einen klaren Abschluss. Beim selektiven Lasersintern ist eine gefärbte oder matte Oberfläche möglich.
Zusammenfassung
Letztlich gibt es unterschiedliche 3D-Drucktechnologien und die Wahl der richtigen hängt von den Bedürfnissen des Benutzers ab. Auch andere Faktoren wie das Material und die Praktikabilität bestimmen die Art der zu verwendenden Technologie. Benutzer, die bereit sind, sich auf eine erfolgreiche 3D-Druck-Reise einzulassen, können eine Reihe zuverlässiger 3D-Drucker entdecken Alibaba.com.
