3D-Druck ist ein Herstellungsverfahren, bei dem aus einer digitalen Datei ein dreidimensionales, physisches Objekt entsteht. Dieser Prozess wird als additive Fertigung bezeichnet, was bedeutet, dass Material hinzugefügt und nicht entfernt wird.
Beim 3D-Druck erstellen Sie ein digitales 3D-Design in einem Modellierungsprogramm, bekannt als CAD-Software, und verwenden dann einen 3D-Drucker, um Materialschichten herzustellen, um das fertige Objekt zu bilden. Unternehmen, Forscher, Mediziner, Bastler und mehr nutzen den 3D-Druck für eine Reihe von Anwendungen.
Hier sehen Sie, wie der 3D-Druck entstanden ist, wie er funktioniert, wofür er verwendet wird und was die Zukunft für diese Technologie bereithält.
3D-Druck könnte Teil Ihres Lieblingsfilms sein. Requisiten in Filmen wie „Black Panther“, „Iron Man“, „The Avengers“und „Star Wars“verwenden 3D-Druck, sodass Bühnenbildner Requisiten einfach und kostengünstig erstellen und nachbauen können.
Die Geschichte (und Zukunft) des 3D-Drucks
In den frühen 1980er Jahren erschien die 3D-Drucktechnologie, aber sie war als Rapid Prototyping Technology oder RP bekannt. 1980 reichte Dr. Kodama aus Japan eine Patentanmeldung für die RP-Technologie ein, aber das Verfahren wurde nicht abgeschlossen.
1984 erfand Charles "Chuck" Hull einen Prozess, den er Stereolithographie nannte, der UV-Licht verwendete, um Material zu verfestigen und Schicht für Schicht ein 3D-Objekt zu erzeugen. 1986 erhielt Hull ein Patent für seine Stereolithographie-Apparatur oder SLA-Maschine.
Chuck Hull gründete später die 3D Systems Corporation, eines der größten 3D-Technologieunternehmen der Welt.
Andere 3D-Druckverfahren und -technologien wurden ungefähr zur gleichen Zeit entwickelt, und weitere Verbesserungen wurden in den 1990er und frühen 2000er Jahren fortgesetzt. Dennoch lag der Hauptfokus der 3D-Drucktechnologie auf dem Prototyping und industriellen Anwendungen.
Die 3D-Drucktechnologie wurde im Jahr 2000 von den Mainstream-Medien wahrgenommen, als die erste 3D-gedruckte Niere erstellt wurde, obwohl die erfolgreiche Transplantation einer 3D-Niere erst 2013 stattfand. Im Jahr 2004 hatte das RepRap-Projekt begonnen ein 3D-Drucker druckt einen anderen 3D-Drucker aus. Mehr Aufmerksamkeit in den Medien erregte 2008 die erste 3D-gedruckte Prothese.
Weitere 3D-Fortschritte folgten schnell, darunter ein 3D-gedrucktes Haus, in das eine Familie 2018 einzog.
Heute geht es beim 3D-Druck nicht nur um Prototypen und die industrielle Fertigung. Hobbyisten, Wissenschaftler und alle anderen nutzen den 3D-Druck für die Produktherstellung, Konsumgüter, medizinische Fortschritte, Lehrmaterialien und mehr. Es wird für den alltäglichen Verbraucher immer nützlicher.
Oscar Adelman, CEO von Remi, sagt, dass das Verfahren beispielsweise in der Dentalbranche immer beliebter wird. Die Genauigkeit des 3D-Drucks ist unglaublich beeindruckend und kann Dentalkunden dabei helfen, bis zu 80 Prozent der Produkte im Vergleich zu den Preisen herkömmlicher Zahnarztpraxen einzusparen.
"Da die Drucktechnologie schneller, billiger und alltäglich wird, werden wir sehen, dass Branchen wie der Dentalsektor sich bei alltäglichen Verfahren stärker auf die Technologie verlassen", sagt er.
Auch der 4D-Druck ist auf dem Vormarsch, mit gedruckten Objekten, die ihre Form im Laufe der Zeit ändern können.
Wie 3D-Drucker funktionieren
Es gibt verschiedene Arten von 3D-Drucktechnologien, einschließlich Fused Deposition Modeling (FDM), auch bekannt als Fused Filament Fabrication (FFF). FDM ist die gebräuchlichste und beliebteste Methode und wird in den meisten erschwinglichen 3D-Druckern verwendet.
Das FDM-Druckverfahren verwendet ein Filament aus Kunststoffmaterial, ein bisschen wie eine Schnur. Das Filament wird von einer Rolle in einen beheizten Kopf geführt, der den Kunststoff schmilzt. Der Kopf extrudiert den geschmolzenen Kunststoff auf das Bett der Maschine. Der Kopf bewegt sich in 2D über das Bett und legt die erste Materialschicht ab.
Sobald die erste Schicht fertig ist, wird der Kopf um die Dicke der ersten Schicht nach oben bewegt und legt die nächste Schicht darauf ab. Das Teil wird Schicht für Schicht aufgebaut, wie beim Backen eines Brotlaibs Scheibe für Scheibe.
Beliebte FDM-3D-Drucker sind MakerBot und Ultimaker.
Beispiel für die Verwendung eines 3D-Druckers
Hier sehen Sie, wie einfach 3D-Druck auf einem FDM-Drucker funktionieren könnte.
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Laden Sie ein 3D-Modell herunter, das Sie drucken möchten, oder entwerfen Sie selbst eines.
Finden Sie herunterladbare Modelle auf Thingiverse oder GrabCAD. Um selbst ein Modell zu entwerfen, probieren Sie SketchUp oder Blender aus. Probieren Sie für Konstruktionsteile eine CAD-Software wie SolidWorks aus.
- Wenn noch nicht geschehen, konvertieren Sie das Modell in ein 3D-Druckformat, z. B. eine STL-Datei.
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Importieren Sie das Modell in Slicing-Software wie MakerWare, Cura oder Simplify 3D.
MakerWare funktioniert mit MakerBot 3D-Druckern. Cura und Simplify 3D erzeugen G-Code, der mit den meisten 3D-Druckern funktioniert.
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Konfiguriere den Build in der Slicing-Software. Entscheiden Sie, wie das Modell auf dem 3D-Drucker ausgerichtet werden soll. Minimieren Sie für FDM Überhänge, die steiler als 45 Grad sind, da diese Stützstrukturen erfordern.
Berücksichtigen Sie bei der Entscheidung über die Ausrichtung, wie das Modell geladen wird, damit sich die Schichten nicht so leicht trennen.
Image Um Zeit und Material zu sparen, sind Modelle im Allgemeinen nicht massiv. Geben Sie den Füllungsprozentsatz (normalerweise 10 bis 35 Prozent), die Anzahl der Umfangsschichten (normalerweise 1 oder 2) und die Anzahl der unteren und oberen Schichten (normalerweise 2 bis 4) an. Bei der Vorbereitung eines Modells für den 3D-Druck sind noch andere Dinge zu beachten.
- Exportieren Sie das Programm, das normalerweise eine G-Code-Datei ist. Die Slicing-Software wandelt das Modell und die von Ihnen angegebene Build-Konfiguration in eine Reihe von Anweisungen um. Der 3D-Drucker folgt dem, um das Teil zu bauen.
- Übertragen Sie das Programm per SD-Karte, USB oder WLAN auf den 3D-Drucker.
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Modell auf dem 3D-Drucker ausdrucken.
Image - Wenn der 3D-Drucker das Modell fertig gebaut hat, entfernen Sie es und reinigen Sie es möglicherweise auch. Brechen Sie alle Stützstrukturen ab und reiben Sie verbleibende Klumpen mit feinem Sandpapier ab.
Andere Arten von 3D-Druckmaschinen
Andere als FDM-Drucker umfassen 3D-Druckverfahren auch Stereolithographie (SLA), Digital Light Processing (DLP), Selektives Lasersintern (SLS), Selektives Laserschmelzen (SLM), Laminated Object Manufacturing (LOM) und Digital Strahlschmelzen (EBM).
SLA ist die älteste 3D-Drucktechnologie und wird noch heute verwendet. DLP verwendet sowohl Beleuchtung als auch Polymere, während SLS einen Laser als Stromversorgung verwendet, um starke 3D-gedruckte Objekte zu erstellen. SLM, LOM und EBM sind weitgehend in Ungnade gefallen.
Die Zukunft des 3D-Drucks
Wird der 3D-Druck zu einer Zukunft von maßgeschneiderten On-Demand-Produkten führen, die sofort nach unseren genauen Spezifikationen hergestellt werden? Obwohl dies unklar bleibt, wächst die 3D-Drucktechnologie schnell und wird in vielen Bereichen eingesetzt.
3D-Druck von Häusern, Körperorganen wie Nieren und Gliedmaßen und andere Fortschritte haben das Potenzial, das Leben unzähliger Menschen auf der ganzen Welt zu verbessern.
