Der 3D-Druck wird am häufigsten für das Prototyping verwendet, und seine Fähigkeit, einzelne Teile schnell herzustellen, kann es ermöglichen, Ideen schnell zu überprüfen und Kosten zu sparen. Die gebräuchlichsten 3D-Drucktechnologien sind SLA, DLP und FDM, aber nicht nur diese Arten von Technologien. Die Einführung und das Funktionsprinzip dieser 3D-Drucktechnologien werden im Folgenden diskutiert.
Stereolithographie (SLA)
Stereolithographie (SLA) ist das ursprüngliche industrielle 3D-Druckverfahren. SLA-Drucker eignen sich gut für die Herstellung von Teilen mit hoher Detailgenauigkeit, glatter Oberfläche und engen Toleranzen. Die hochwertige Oberflächenbeschaffenheit von SLA-Teilen sieht nicht nur schön aus, sondern trägt auch zur Funktion des Teils bei – zum Beispiel zum Testen der Passform der Baugruppe. Es ist weit verbreitet in der medizinischen Industrie, und häufige Anwendungen umfassen anatomische Modelle und Mikrofluidik.
Prinzip: Die Stereolithographie ist ein Computer, der den Laserstrahl steuert und die vom CAD-System bereitgestellten Konstruktionsdaten verwendet, um das flüssige lichtempfindliche Harz Schicht für Schicht zu erstarren. Diese Schicht-für-Schicht-Klebemethode besteht darin, die ebene Bewegung des Lasers mit der Plattform zu kombinieren. Die vertikale Bewegung wird kombiniert, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen.
Selektives Lasersintern (SLS)
Selektives Lasersintern (SLS) schmilzt Nylon-basierte Pulver zu festen Kunststoffen. Da SLS-Teile aus echten thermoplastischen Materialien bestehen, sind sie langlebig, eignen sich für Funktionstests und können lebende Scharniere und Druckknöpfe tragen. Im Vergleich zu SL sind die Teile stärker, aber die Oberfläche ist rauer. SLS erfordert keine Stützstruktur, sodass die gesamte Build-Plattform verwendet werden kann, um mehrere Teile in einem einzigen Build zu verschachteln, wodurch es für höhere Teilezahlen als andere 3D-Druckverfahren geeignet ist. Viele SLS-Teile werden für das Prototyping verwendet und werden eines Tages spritzgegossen.
Prinzip: Der Laserstrahl wird entsprechend der Schichtschnittinformation unter Computersteuerung selektiv gesintert. Nachdem eine Schicht abgeschlossen ist, wird die nächste Schicht gesintert. Nachdem das Sintern abgeschlossen ist, wird das überschüssige Pulver entfernt und ein gesintertes Teil kann erhalten werden.
Inkjet-Technologie (PolyJet)
PolyJet ist ein weiteres Kunststoff-3D-Druckverfahren, aber es gibt einen Wendepunkt. Es kann Teile mit einer Vielzahl von Eigenschaften wie Farbe und Material herstellen. Konstrukteure können diese Technologie nutzen, um Prototypen von Elastomeren oder umspritzten Teilen herzustellen. Wenn Ihr Design aus einem einzigen starren Kunststoff besteht, empfehlen wir Ihnen, sich an SL oder SLS zu halten - dies ist wirtschaftlicher. Wenn Sie jedoch Prototypen für Umspritz- oder Silikonkautschukdesigns herstellen, kann PolyJet Sie davor bewahren, früh im Entwicklungszyklus in Werkzeuge zu investieren. Dies kann Ihnen helfen, Ihr Design schneller zu iterieren und zu validieren und Ihnen Geld zu sparen.
Prinzip: Jede Schicht aus lichtempfindlichem Polymermaterial wird unmittelbar nach dem Sprühen mit ultraviolettem Licht erstarrt, um ein vollständig erstarrtes Modell zu erhalten, das sofort ohne Erstarrung transportiert und verwendet werden kann. Das gelartige Trägermaterial, das speziell für die Unterstützung komplexer Geometrien entwickelt wurde, kann leicht von Hand oder durch Sprühen von Wasser entfernt werden.
Digitale Lichtverarbeitung (DLP)
Die digitale Lichtverarbeitung ähnelt SLA, da sie Licht verwendet, um das flüssige Harz auszuhärten. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Technologien besteht darin, dass DLP eine digitale Lichtprojektorleinwand verwendet, während SLA einen ultravioletten Laser verwendet. Dies bedeutet, dass DLP-3D-Drucker die gesamte Build-Ebene auf einmal abbilden können, wodurch die Build-Geschwindigkeit erhöht wird. Obwohl es häufig für Rapid Prototyping verwendet wird, eignet es sich aufgrund des höheren Durchsatzes des DLP-Drucks für die Kleinserienproduktion von Kunststoffteilen.
Prinzip: Das Prinzip besteht darin, die vom Licht emittierte Lichtquelle durch eine Kondensationslinse zu leiten, um das Licht zu homogenisieren, und dann ein Farbrad (Color Wheel) zu passieren, um das Licht in RGB drei Farben (oder mehr Farben) zu unterteilen, und dann die Farbe auf die Linse zu projizieren Auf dem DND wird das Bild schließlich durch die Projektionslinse projiziert.
Multi-Jet-Schmelzen (MJF)
Ähnlich wie SLS verwendet auch Multi Jet Fusion Nylonpulver zur Herstellung von Funktionsteilen. Anstatt einen Laser zum Sintern des Pulvers zu verwenden, verwendet MJF ein Inkjet-Array, um Flussmittel auf das Nylonpulverbett aufzutragen. Das Heizelement geht dann durch die Betten, um jede Schicht zu verschmelzen. Dies führt zu konsistenteren mechanischen Eigenschaften und einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit im Vergleich zu SLS. Ein weiterer Vorteil des MJF-Prozesses besteht darin, die Bauzeit zu beschleunigen und dadurch die Produktionskosten zu senken.
Prinzip: Die Funktionsweise dieser Technologie ist sehr interessant: Zuerst eine Schicht Pulver verteilen, dann Sprühflussmittel, und gleichzeitig ein Detailliermittel sprühen, um die Feinheit der Kanten des gedruckten Objekts sicherzustellen, und dann erneut auftragen Wärmequelle. Diese Ebene ist abgeschlossen. Und so weiter, bis das 3D-Objekt fertiggestellt ist.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine gängige Desktop-3D-Drucktechnologie für Kunststoffteile. Die Funktion des FDM-Druckers besteht darin, das Kunststofffilament Schicht für Schicht auf die Bauplattform zu extrudieren. Dies ist eine kostengünstige und schnelle Methode zur Erstellung physischer Modelle. In einigen Fällen kann FDM für Funktionstests verwendet werden, aber die Technologie ist aufgrund der relativ rauen Oberflächenbeschaffenheit und der unzureichenden Festigkeit der Teile begrenzt.
Prinzip: FDM-Prozess schmilzt und extrudiert Kunststoffdraht durch eine Hochtemperaturdüse. Der Draht wird auf der Plattform oder dem verarbeiteten Produkt akkumuliert, gekühlt und erstarrt, und die Entität wird Schicht für Schicht akkumuliert.
Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)
Der Metall-3D-Druck eröffnet neue Möglichkeiten für die Konstruktion von Metallteilen. Es wird häufig verwendet, um Metall-, Mehrkomponentenkomponenten auf Einzelkomponenten oder Leichtbauteile mit internen Kanälen oder Aushöhlungsmerkmalen zu reduzieren. DMLS kann für das Prototyping und die Produktion verwendet werden, da die Dichte der Teile so dicht ist wie die von Teilen, die mit traditionellen Metallherstellungsverfahren wie Bearbeitung oder Guss hergestellt werden. Die Herstellung von Metallteilen mit komplexen Geometrien macht es auch für medizinische Anwendungen geeignet, bei denen die Teilekonstruktion organische Strukturen nachahmen muss.
Prinzip: Die Metallmatrix wird mit einem hochenergetischen Laserstrahl teilweise geschmolzen und durch 3D-Modelldaten gesteuert, während pulverförmige Metallmaterialien gesintert und verfestigt und automatisch Schicht für Schicht gestapelt werden, um dichte geometrische Festkörper zu erzeugen.
Elektronenstrahlschmelzen (EBM)
Das Elektronenstrahlschmelzen ist eine weitere Metall-3D-Drucktechnologie, die einen Elektronenstrahl verwendet, der von einer elektromagnetischen Spule gesteuert wird, um das Metallpulver zu schmelzen. Während des Bauprozesses wird das Druckbett erwärmt und in einen Vakuumzustand versetzt. Die Temperatur, bei der das Material erhitzt wird, wird durch das verwendete Material bestimmt.
Prinzip: Importieren Sie die dreidimensionalen festen Modelldaten des Teils in die EBM-Ausrüstung, legen Sie dann eine dünne Schicht aus feinem Metallpulver in die Arbeitskabine der EBM-Ausrüstung und verwenden Sie die hochdichte Energie, die im Fokus erzeugt wird, nachdem der hochenergetische Elektronenstrahl abgelenkt und fokussiert wurde. Die gescannte Metallpulverschicht erzeugt Temperatur in einem kleinen lokalen Bereich, wodurch die Metallpartikel schmelzen. Die kontinuierliche Abtastung des Elektronenstrahls bewirkt, dass die winzigen geschmolzenen Metallpools verschmelzen und erstarren und sich verbinden, um eine lineare und planare Metallschicht zu bilden.