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Sehen Sie sich diesen umfassenden Leitfaden zu den Grundlagen des 3D-Drucks und der 3D-Modellierung an. Erfahren Sie mehr über wichtige Begriffe, die Sie kennen sollten, 3D-Drucker und extrem schnelle Cloud-CAD-Software.

Ganz gleich, ob Sie ein angehender Student oder ein erfahrener Ingenieur sind, das Erlernen oder Auffrischen der Grundlagen des dreidimensionalen Drucks (3D) ist äußerst wertvoll. Der 3D-Druck ist nicht mehr nur ein futuristischer Traum. Industriedesigner verwenden den 3D-Druck häufig, um maßstabsgetreue Prototypen zu erstellen, mit denen sie die Form, Funktion und Passform ihres Designs testen können. 3D-Drucker sind so vielseitig wie eh und je und verfügen über verschiedene Funktionen, Materialien und geeignete 3D-Softwarepakete wie Autodesk Fusion 360.

Designer haben in der Regel ein Design (oder einen Traum) im Kopf, mit dem sie beginnen. Der 3D-Druck hilft dabei, diesen Traum zu verwirklichen. In diesem Artikel werden die Grundlagen des 3D-Drucks erörtert, damit Sie im Handumdrehen vom Traum zum fertigen Produkt gelangen.

Was ist 3D-Druck?

Beim 3D-Druck, der auch als additive Fertigung bezeichnet wird, wird ein 3D-Objekt anhand eines digitalen Entwurfs gedruckt. Im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Verfahren ist der 3D-Druck ein additives Verfahren. Er nimmt ein festes Objekt und schneidet oder reduziert es dann in das ideale Design. Im Wesentlichen verwendet der 3D-Drucker eine digitale Blaupause, um ein physisches Produkt zu formen. Einige 3D-Drucker verwenden beispielsweise ein erhitztes Material wie Kunststoff, um eine Schicht auf einer anderen Schicht zu erzeugen, die sich schließlich im dreidimensionalen Raum zu einem Objekt stapelt.

Der 3D-Druck wurde in den späten 1980er Jahren eingeführt, erregte aber erst in den 1990er Jahren ernsthafte Aufmerksamkeit. Wie bei jeder neuen Technologie hielten viele Menschen den 3D-Druck nur in der Science-Fiction für möglich. Der 3D-Druck hat sich jedoch durchgesetzt und wird heute in mehreren Branchen eingesetzt.

Begriffe und Definitionen zum 3D-Druck

Bevor Sie in die weite Welt der additiven Fertigung eintauchen, ist es hilfreich, die mit dem 3D-Druckverfahren verbundene Fachsprache zu verstehen. Es ist nicht möglich, alle Begriffe in einem einzigen Blogbeitrag aufzulisten oder zu verstehen, aber die folgende Liste soll Ihnen den Einstieg in Ihr Projekt erleichtern. 

• Additive Fertigung: Ein anderer Begriff für 3D-Druck. Der Prozess des Hinzufügens von Materialien zur Herstellung eines physischen Objekts.
• Nivellierung des Druckbetts: Der Prozess der Nivellierung der Bauplatte eines 3D-Druckers.
• Bowden-Extruder: Ein Extrudertyp für FDM-Drucker, der über ein separates heißes Ende und einen Extrudermotor verfügt.
• Computergestütztes Design (CAD): Der Prozess der Gestaltung von Teilen oder anderen Objekten in einer digitalen Umgebung vor dem 3D-Druck.
• Computergestützte Fertigung (CAM): Der Prozess der Verwendung von Software und computergesteuerten Maschinen zur Automatisierung eines Fertigungsprozesses.
• Aushärten: Der Prozess, bei dem UV-Licht verwendet wird, um flüssiges Harz zu verfestigen.
• Digitale Lichtverarbeitung (DLP): Ein Drucker, der Licht über eine ganze Schicht projiziert, um das Harz auf einmal auszuhärten.
• Direktantrieb: Dieses Gerät unterscheidet sich vom Bowden-Extruder, da der Extrudermotor oben auf dem heißen Ende sitzt.
• Elefantenfuß: Ein häufiges Problem, bei dem die erste Schicht breiter als nötig verteilt wird. Dieses Problem kann durch Anpassung der Einstellungen des 3D-Druckers gelöst werden.
• Extruder: Ein Motor mit Getriebe, der das Filament in das heiße Ende des Druckers befördert.
• Filament: Das beim 3D-Druck verwendete Material.
• Fused Deposition Modeling (FDM): Ein 3D-Druckverfahren, bei dem Materialschichten in einem bestimmten Muster miteinander verschmolzen werden.
• G-Code: Die Sprache, mit der Befehle für 3D-Drucker erstellt werden.
• Heißes Ende: Besteht aus einer Heizpatrone und einem Thermistor zur Erwärmung des Filaments.
• Füllung: Dies ist das Innere des gedruckten Objekts. Infill-Muster variieren und sorgen für eine angemessene innere Struktur des gedruckten Objekts.
• Internationale Organisation für Normung (ISO): Ein weltweiter Standard für das Qualitätsmanagement in jeder Organisation.
• Flüssigkristallanzeige (LCD): Ein Drucker, der einen LCD-Bildschirm verwendet, um das Licht eines Projektors zu maskieren, oder der sein eigenes Licht verwendet, um eine ganze Schicht auf einmal auszuhärten.
• Selektives Lasersintern (SLS): Ein industrielles 3D-Druckverfahren, bei dem ein thermoplastisches Pulver mit einem Laser verschmolzen wird, um Prototypenteile herzustellen.
• Stereolithografie (SLA): Ein Drucker, der einen Laser verwendet, um flüssigen Kunststoff punktgenau auszuhärten.
• Streifenbildung: Striping ist ein häufiges Problem bei FDM-Druckern, bei dem einzelne Schichten im Endprodukt sichtbar werden.
• Thermoplastischer Kunststoff: Eine Art von Kunststoff, der aus Polymerharzen hergestellt wird, die beim Erhitzen erweichen und beim Abkühlen aushärten.
• Kübelpolymerisation: Harzbasierter 3D-Druck, bei dem flüssiges Fotopolymerharz in einem Behälter gelagert wird (im Gegensatz zu anderen Druckern, die Thermoplaste durch eine Düse drücken). Zu den Unterkategorien der Kübelpolymerisation gehören Stereolithografie (SLA), digitale Lichtverarbeitung (DLP) und Flüssigkristallanzeige (LCD).

3D-Drucker für Einsteiger

Ein 3D-Drucker arbeitet mit der X-, Y- und Z-Achse:

• Die X-Achse ist die Bewegung von links nach rechts.
• Die Y-Achse ist die Vorwärts-Rückwärts-Bewegung.
• Die Z-Achse ist die Aufwärts- und Abwärtsbewegung.

Der Extruder ist auf der X-Achse installiert und befördert Filament auf die Bauplatte (Druckbett). Die Bauplatte ist häufig beheizt und kann in Bezug auf Nivellierung und Temperatur angepasst werden.

Arten von 3D-Druckern

Auf dem Markt gibt es mehrere Arten von einsteigerfreundlichen Druckern. Die gängigsten sind FDM-, SLA- und SLS-Drucker. FDM-Drucker sind in der Regel die günstigste Option für Anfänger oder Heimwerker. Sie sind einfach zu warten, und das Filament für die Zufuhr der Maschine ist im Vergleich zu den anderen beiden Optionen relativ günstig. Zu den Nachteilen von FDM-Druckern gehören verstopfte Düsen, schwierige Reinigungsvorgänge und Streifenbildung.

SLA-Drucker verwenden flüssiges Harz, das durch UV-Licht gehärtet wird, um ein Endprodukt herzustellen. Diese Drucker eignen sich hervorragend für komplizierte Details (bis zu 25 Mikrometer), kosten aber ein paar tausend Euro mehr als FDM-Drucker. Zu den Nachteilen von SLA-Druckern gehören verstopfte Düsen, Einschränkungen bei den verfügbaren Materialien und Endprodukte, die möglicherweise spröde sind.

Schließlich gibt es noch die SLS-Drucker. Der Hauptunterschied besteht darin, dass SLS-Drucker Pulver anstelle von flüssigem Harz verwenden. Diese Drucker sind die teuersten und kosten in der Regel mehr als 50.000 Dollar. Sie bieten jedoch eine Detailgenauigkeit von bis zu 16 Mikrometern und benötigen keine Füllmuster für die Stabilität. SLS-Drucker können auch andere Materialien als Harz verwenden, wie Aluminium, Silber oder Stahl. Der größte Nachteil ist natürlich der Preis.

Die Wahl des richtigen Druckers kann eine schwierige Aufgabe sein, aber die Wahl liegt bei der Anwendung. Wofür werden Sie Ihren Drucker verwenden? Der Einsatzbereich, die Kosten und die Größe des Druckers spielen bei Ihrer Entscheidung eine Rolle. Unternehmen wie Formlabs können Ihnen Spezifikationen und individuelle Kosten für Drucker und zugehörige Geräte nennen.

Aber ein 3D-Drucker ist ohne die richtige Software nutzlos.

Die ideale Software für Einsteiger

Genau wie 3D-Drucker gibt es auch CAD-Software in verschiedenen Formen und Größen. Autodesk Fusion 360 beispielsweise bietet eine integrierte, einfach zu bedienende Cloud-CAD-Umgebung für Anfänger und Experten gleichermaßen. Wenn Sie noch nicht bereit sind, einen 3D-Drucker oder eine CAD-Software zu kaufen, sollten Sie die branchenführenden 3D-Druckdienste von Xometry in Anspruch nehmen. Xometry bietet einen Online-Marktplatz für Ingenieure oder normale Menschen, um etwas zu erstellen oder erstellen zu lassen.

Erste Schritte mit Fusion 360

Ziehen Sie Autodesk Fusion 360 in Betracht, wenn Sie Ihr 3D-Druckprojekt beginnen, und schließen Sie sich den mehr als 1,2 Millionen Innovatoren an, die bereits auf die Softwareplattform von Autodesk umgestiegen sind. Fusion 360 bietet schnelles und effizientes Cloud-CAD und eine Bibliothek mit Lehrinhalten, Tutorials und zusätzlichen Informationen.

Mit Fusion 360 können Sie noch heute vom Traum zur Wirklichkeit werden!