Für den Laien stellen wir uns den 3D-Druck als einfach vor. Es ist dasselbe, als würde man ein Dokument öffnen und auf "Drucken" klicken, oder? In Wirklichkeit ist der 3D-Druck ein sehr technisches Verfahren und erfordert ein beträchtliches Wissen, um ein komplettes 3D-Druckprodukt zu erstellen, einzurichten und fertigzustellen. In diesem Blog werden einige der gebräuchlichsten Fachbegriffe des 3D-Drucks erläutert, darunter die Feinheiten der additiven Fertigung, CAD, G-Code, Extruder und vieles mehr.
Additive Fertigung, auch 3D-Druck genannt, bezeichnet die Herstellung dreidimensionaler Objekte durch schichtweises Hinzufügen von Material. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um ein additives Verfahren und nicht um ein subtraktives Verfahren wie die CNC-Bearbeitung. Es gibt verschiedene additive Fertigungstechnologien, darunter Stereolithografie (SLA), direktes Metall-Lasersintern und Multi Jet Fusion. Die additive Fertigung bietet Flexibilität, Schnelligkeit und die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer oder gar nicht zu realisieren wären.
Bauplatte die Fläche, auf der das Objekt gebaut wird.
CAD (Computer-Aided Design) bezeichnet den Einsatz von Computertechnologie zur Erstellung, Änderung, Analyse oder Optimierung von Entwürfen für verschiedene Zwecke. CAD-Software ermöglicht es Designern, Ingenieuren, Architekten und anderen Fachleuten, präzise zweidimensionale (2D) und dreidimensionale (3D) Objekte oder Systeme zu erstellen.
Unter Deposition versteht man das schichtweise Auftragen von Material zum Aufbau eines dreidimensionalen Objekts. Bei dieser Technik werden aufeinanderfolgende Materialschichten auf einen digitalen Entwurf oder ein mit CAD-Software erstelltes Modell aufgetragen. Bei 3D-Druckverfahren, die auf Abscheidung basieren, wie Fused Deposition Modelling oder Fused Filament Fabrication, wird ein thermoplastisches Filament in eine beheizte Düse eingeführt. Das Material wird geschmolzen und auf die Bauplatte des Objekts oder auf die vorhergehenden Schichten extrudiert, und zwar in präzisen, vom digitalen Modell vorgegebenen Bahnen. Während jede Schicht aufgetragen wird, verschmilzt oder verfestigt sie sich mit den vorhergehenden Schichten und bildet so nach und nach das endgültige Teil.
Der Extruder ist der Mechanismus, der für das Schmelzen und Aufbringen des Filamentmaterials auf die Bauplatte verantwortlich ist, um das Objekt Schicht für Schicht zu erstellen - eine entscheidende Komponente beim Depositionsdruck wie FDM (Fused Deposition Modelling).
Filament ist das Material, das als Hauptsubstanz für die Herstellung von Teilen (im Depositionsdruck) verwendet und in den Extruder eines 3D-Druckers eingespeist wird. Filamente gibt es in verschiedenen Arten und Zusammensetzungen, z. B. ABS, PETG, TPU und Nylon.
G-Code eine Reihe von Anweisungen oder Befehlen in einer standardisierten Sprache, die dem (FDM-)3D-Drucker mitteilen, wie er ein Teil herstellen soll. Eine Folge alphanumerischer Codes, die Bewegung, Geschwindigkeit, Temperatur und andere notwendige Parameter zur Herstellung eines 3D-gedruckten Teils steuern. Sie werden von einer Slicing-Software erzeugt (die ein 3D-Modell in eine druckbare Schicht umwandelt). G-Code-spezifische Befehle steuern den Extruder und die Bauplatte des Druckers, einschließlich Anweisungen für Bewegungen entlang der X-, Y- und Z-Achse, Extrusionsraten, Heiz- und Kühltemperaturen, Lüftergeschwindigkeiten und andere für den Druckprozess relevante Einstellungen. Hier ist ein Beispiel dafür, wie einige G-Code-Befehle aussehen könnten
- G0/G1 - Anfahren einer bestimmten Position mit einer bestimmten Geschwindigkeit
- G28 - Nullstellung aller Achsen (Rückkehr zum Referenzpunkt)
- G92 - Aktuelle Position auf angegebene Koordinaten setzen
- M104 - Extrudertemperatur einstellen
- M140 - Betttemperatur einstellen
- M106 - Steuerung der Lüftergeschwindigkeit
Ein beheiztes Bett ist eine Plattform, auf der das zu druckende Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird. Das Bett wird auf bestimmte Temperaturen aufgeheizt, in der Regel zwischen 50 und 100 Grad Celsius oder höher, je nach dem verwendeten Filamentmaterial. Der Hauptzweck besteht darin, Verformungen zu verhindern und die Haftung zwischen der ersten Schicht des Drucks und dem Bett selbst zu verbessern.
Infill bezieht sich auf die innere Struktur eines gedruckten Teils. Sie wird in der Regel als ein Muster aus Linien, Gittern, Dreiecken oder anderen Formen dargestellt. Sie können die Fülldichte einstellen und damit angeben, wie viel des Innenraums mit Material gefüllt wird. Dies ist ein Ersatz für das Drucken eines massiven Objekts, das viel mehr Material verbrauchen würde und viel länger dauern würde. Die Wahl der Füllung hängt von den spezifischen Druckanforderungen ab. Wenn ein Teil ein hohes Maß an struktureller Integrität erfordert oder ein hohes Gewicht tragen muss, kann ein höherer Füllungsanteil für zusätzliche Festigkeit sorgen. Die Anpassung der Füllungsdichte ermöglicht ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Materialverbrauch und Druckzeit.
Von einem Stau spricht man, wenn das Filament (das für den Druck verwendete Material) im Extruder, in der Düse oder in einem anderen Teil des Zuführungssystems des 3D-Druckers stecken bleibt oder blockiert wird, wodurch der Prozess unterbrochen wird. Mehrere Faktoren tragen zu Staus bei, z. B. Probleme mit dem Filament (Verknotungen, Knoten oder Unregelmäßigkeiten), Extruderprobleme (verstopft oder teilweise blockiert), Druckeinstellungen und mechanische Probleme.
Kapton Tape ist ein hitzebeständiges Klebeband, das häufig beim 3D-Druck (FDM) verwendet wird. Es handelt sich um ein Polyimid-Klebeband, das hohen Temperaturen standhält, in der Regel 200 bis 300 Grad Celsius (in manchen Fällen sogar mehr). Kapton-Band wird häufig auf dem Druckbett angebracht, insbesondere bei Druckern, die nicht über ein eingebautes Heizbett für Materialien verfügen, die höhere Betttemperaturen erfordern. Der Hauptzweck des Klebebands besteht darin, eine flache, haltbare und hitzebeständige Oberfläche zu schaffen, auf der die ersten Schichten des Drucks haften. Dies hilft, Verformungen zu verhindern und eine bessere Haftung zu erzielen, insbesondere bei Materialien wie ABS, die sich verformen, wenn das Druckbett nicht ausreichend beheizt ist. Kapton-Klebeband hat eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, so dass es die Wärme gleichmäßig über die Druckoberfläche verteilt.
Die Schichthöhe bezieht sich auf die vertikale Dicke der einzelnen Schichten, aus denen ein gedrucktes Objekt besteht. Beim 3D-Druck wird Ihr Teil in einem Drucker Schicht für Schicht aufgebaut. Die Schichthöhe bestimmt die Dicke jeder dieser Schichten. Wenn also die Schichthöhe auf 0,2 mm eingestellt ist, ist jede Schicht des gedruckten Teils 0,2 mm dick. Kleinere Schichthöhen führen zu feineren Details, können aber die Druckzeit verlängern, da der Drucker mehr Schichten erzeugen muss, um das endgültige Teil herzustellen.
Microstepping ist eine Technik, mit der eine feinere Steuerung und gleichmäßigere Bewegung der Druckerkomponenten erreicht wird, insbesondere der Schrittmotoren, die für die Bewegung des Druckkopfs oder der Bauplattform zuständig sind.
Schrittmotoren arbeiten, indem sie eine volle Umdrehung in Schritte unterteilen, die diskrete Positionen sind, die der Motor anfahren kann. Jeder Schritt entspricht einer festen Winkelbewegung. Beim Mikroschrittverfahren werden diese diskreten Schritte weiter in kleinere Zwischenpositionen unterteilt, anstatt den Motor von einem vollen Schritt zum nächsten zu bewegen. Das Mikroschrittverfahren ermöglicht Bruchteile von Schritten, wodurch kleinere Bewegungsschritte entstehen.
Wenn ein Schrittmotor beispielsweise 200 Vollschritte pro Umdrehung hat, kann das Mikroschrittverfahren jeden Vollschritt in kleinere Inkremente unterteilen, z. B. 16 Mikroschritte pro Vollschritt. Dies bedeutet, dass eine volle Umdrehung nun 3.200 Mikroschritte umfasst (200 Vollschritte × 16 Mikroschritte).
Der Mikroschrittbetrieb kann aus mehreren Gründen vorteilhaft sein: gleichmäßige Bewegung, verbesserte Präzision und geringere Schrittmotorgeräusche.
Die Düse ist das Teil, das für die Ablagerung und Formung des geschmolzenen Filamentmaterials verantwortlich ist, um die Schichten zu erzeugen, die das endgültige Teil bilden. Die Düse besteht in der Regel aus Messing oder anderen hitzebeständigen Materialien und ist am heißen Ende des 3D-Druckers angebracht. Es gibt sie in verschiedenen Größen mit einem Durchmesser von 0,2 mm bis 1 mm oder mehr. Die Düsengröße wirkt sich auf die Detailgenauigkeit, die Druckgeschwindigkeit und den Materialdurchsatz aus. Kleinere Düsen eignen sich für komplizierte Drucke, die feine Details erfordern. Größere Düsen können den Druckvorgang beschleunigen.
Als Überhang bezeichnet man einen Teil eines gedruckten Objekts, der horizontal oder diagonal über die zuvor gedruckte Schicht hinausragt, ohne dass darunter eine Stütze vorhanden ist. Im Wesentlichen handelt es sich um einen Bereich, in dem der Drucker das Material in der Luft ohne strukturelle Unterstützung durch die darunter liegende Schicht aufträgt. Dies kann zu Problemen führen, da das geschmolzene Filament dazu neigt, beim Drucken in der Luft durchzuhängen oder durchzusacken. Ohne die richtige Unterstützung lassen sich diese Abschnitte möglicherweise nicht präzise drucken. Die meisten 3D-Drucker können kleinere Überhänge bis zu einem bestimmten Winkel (in der Regel 45 Grad) ohne zusätzliche Unterstützung verarbeiten, ohne dass die Druckqualität beeinträchtigt wird. Wenn der Winkel des Überhangs jedoch über die Fähigkeit des Druckers, ohne Unterstützung zu drucken, hinausgeht, werden Stützstrukturen erforderlich.
Bei den Stützstrukturen handelt es sich um zusätzliche Elemente, die zur vorübergehenden Abstützung von Überhängen während des Druckvorgangs hergestellt werden. Diese Stützen werden später manuell oder durch Auflösen entfernt, wenn der Druckvorgang abgeschlossen ist.
Die Druckbettnivellierung stellt sicher, dass die Bauoberfläche des 3D-Druckers perfekt ausgerichtet ist und parallel zur Bewegungsebene der Düse verläuft. Dabei wird das Druckbett so eingestellt, dass es über den gesamten Bettbereich den richtigen Abstand zur Düse des Druckers hat. Ein ebenes Druckbett ist entscheidend für die Haftung und eine gleichmäßige Schichthöhe. Ist das Bett uneben oder zu weit von der Düse entfernt bzw. zu nah an ihr, kann dies zu Haftungsproblemen und damit zu schlechter Druckqualität oder fehlerhaften Drucken führen. Eine ordnungsgemäße Nivellierung des Druckbetts trägt auch dazu bei, eine gleichmäßige Schichthöhe über die gesamte Druckfläche aufrechtzuerhalten, was die Gleichmäßigkeit und Genauigkeit des gedruckten Teils gewährleistet.
Qualitätskontrolle - eine Reihe von Prozessen und Maßnahmen, die sicherstellen sollen, dass die gedruckten Objekte bestimmte Standards, Spezifikationen und gewünschte Eigenschaften erfüllen. Bei Protolabs nutzen und bieten wir eine Vielzahl von Qualitätskontrollen und Zertifizierungen an, z. B. ISO 13485 für medizinische Teile, Pulveranalyse und Materialrückverfolgbarkeit, Qualitätsprüfung und vieles mehr. Erfahren Sie hier mehr über unsere anderen Qualitätskontrollverfahren.
Als Raft bezeichnet man eine zusätzliche Struktur, die unterhalb des eigentlichen Teils gedruckt wird. Es handelt sich um eine zusätzliche Schicht oder eine Reihe von Schichten, die als Fundament oder Stützstruktur dienen. Das Raft wird direkt auf das Druckbett gedruckt und bildet eine stabile Basis für die ersten Schichten. Rafts können helfen, die Haftung zu verbessern, Überhänge zu stützen, zu nivellieren und zu kalibrieren.
Slicer ist eine Software, die ein 3D-Modell (normalerweise im STL- oder OBJ-Dateiformat) in Anweisungen (G-Code) umwandelt, die der 3D-Drucker verstehen und ausführen kann. Er zerlegt das 3D-Modell in dünne horizontale Schichten und generiert eine Reihe von Anweisungen für den Drucker, wie jede Schicht aufgebaut werden muss, um das endgültige Druckobjekt zu erstellen. Mit der Slicer-Software können die Benutzer verschiedene Parameter und Einstellungen anpassen, die sich auf den Druckprozess auswirken, z. B. die Schichthöhe, die Druckgeschwindigkeit, die Fülldichte, die Stützstrukturen, das Randfloß oder die Schürze und die Drucktemperatur.
Der Werkzeugweg bezieht sich auf die spezifische Route oder Trajektorie, der der Druckkopf (oder Extruder) folgt, während er Material aufträgt, um jede Schicht eines gedruckten Objekts zu erzeugen. Der Werkzeugweg bestimmt, wie der Drucker jede Schicht durchläuft, einschließlich der Füllmuster, des Umfangs (der Außenwände), der oberen und unteren Schichten und der Stützstrukturen. Die Optimierung des Werkzeugwegs ist entscheidend, um präzise Drucke mit der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit, Festigkeit und Maßgenauigkeit zu erzielen.
Die UV-Härtung ist eine Nachbearbeitungstechnik, die vor allem bei kunststoffbasierten 3D-Druckverfahren wie der Stereolithografie eingesetzt wird. Bei diesem und ähnlichen Verfahren wird flüssiges Photopolymerharz verwendet, das sich verfestigt oder aushärtet, wenn es bestimmten Wellenlängen von ultraviolettem (UV-)Licht ausgesetzt wird.
Nach Fertigstellung eines kunststoffbasierten 3D-Drucks ist das Objekt in der Regel noch nicht vollständig verfestigt. Es bleibt in einem halbfesten Zustand und kann überschüssiges, nicht ausgehärtetes Harz auf seiner Oberfläche haben. Bei der UV-Härtung wird das gedruckte Objekt zusätzlich mit UV-Licht bestrahlt, um das Harz vollständig auszuhärten und zu verfestigen. So wird sichergestellt, dass das Objekt seine maximalen mechanischen Eigenschaften erreicht und vollständig ausgehärtet wird.
Die UV-Härtung verbessert die Festigkeit, Haltbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit von 3D-gedruckten Teilen.
Die Viskosität ist das Maß für den Fließwiderstand eines Materials. Die Viskosität wirkt sich unterschiedlich aus, je nachdem, welcher 3D-Druckservice verwendet wird. Das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) beispielsweise wirkt sich darauf aus, wie reibungslos das Material durch die Extruderdüse des Druckers fließt; Filamente mit einer höheren Viskosität können nur schwer fließen, was zu Verstopfungen und uneinheitlicher Extrusion führt. Eine niedrige Viskosität kann zu übermäßigem Fließen, Fadenbildung oder Durchhängen zwischen den Abschnitten führen. Bei kunststoffbasierten Druckverfahren wie der Stereolithografie (SLA) wirkt sich die Viskosität darauf aus, wie sich das Material auf der Bauplattform verteilt und bei Lichteinfall verfestigt. Kunststoffe mit höherer Viskosität verteilen sich tendenziell weniger gut, was zu weniger detaillierten Drucken oder Schwierigkeiten bei der Herstellung glatter Oberflächen führt. Kunststoffe mit einer niedrigeren Viskosität können leichter fließen, was eine bessere Detailgenauigkeit bei komplizierten Drucken ermöglicht, aber auch zu Überläufen oder Ungenauigkeiten führen kann, wenn sie nicht angemessen kontrolliert werden.
Verzug ist eine unerwünschte Verformung oder Anhebung der Kanten oder Ecken eines gedruckten Objekts während des Druckvorgangs oder nach der Fertigstellung. Er tritt auf, wenn sich bestimmte Bereiche des Drucks zusammenziehen oder vom Druckbett abheben, was zu einer verzogenen oder verzerrten Endform führt. Mehrere Faktoren tragen zum Verziehen bei, darunter Temperaturschwankungen, schlechte Haftung des Druckbetts, Drucken auf großen ebenen Flächen und hohe Drucktemperaturen. Die Verformung kann durch verschiedene Techniken gemildert werden, z. B. durch die Verwendung eines beheizten Druckbetts, einer Einhausung, die Verwendung von Haftungshilfen und die Optimierung der Druckeinstellungen.
Die X-Achse ist eine der drei primären Achsen, die die Bewegung und Positionierung des Druckkopfs oder Extruders bestimmen. Die X-Achse ist in der Regel die horizontale Achse, die von links nach rechts verläuft und senkrecht zur Y- und Z-Achse steht.
Die Y-Achse ist wie die X-Achse eine der wichtigsten Achsen in einem 3D-Drucker. Die Y-Achse ist in der Regel die horizontale Achse, die von der Vorderseite zur Rückseite des Druckers verläuft und senkrecht zur X- und Z-Achse steht.
Die Z-Achse ist wie die X- und Y-Achse eine der wichtigsten Achsen in einem 3D-Drucker. Die Z-Achse ist normalerweise die vertikale Achse, die senkrecht zur X- und Y-Achse nach oben und unten verläuft.
Es gibt noch viele andere Begriffe aus dem Bereich 3D-Druck, die Sie wahrscheinlich hören werden; um mehr zu erfahren, besuchen Sie bitte unser Glossar.