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German (Deutsch) translation by Federicco Ancie (you can also view the original English article)

In den letzten Jahren hat der 3D-Druck viel Aufmerksamkeit erhalten und er verspricht, die Produktion zu revolutionieren und völlig die Art und Weise verändern. Wie bei vielen aufkommenden disruptiven Technologien ist ein Großteil der Berichterstattung in der populären Presse übertrieben, eher wie bei einem Star Trek-Replikator als bei den eigentlichen Prozessen.

Unabhängig davon, ob einige der wilderen Behauptungen in Frage kommen oder nicht, bietet der 3D-Druck für Designer eine riesige Perspektive: die Fähigkeit, Objekte ohne die Einschränkungen der traditionellen Fertigung herzustellen, die Fähigkeit, sogar Objekte auf Ihrem Schreibtisch ohne traditionelle Fertigungs- oder Ingenieurkenntnisse herzustellen .

4D Dodecahedron in a MakerBot Replicator 24D Dodecahedron in a MakerBot Replicator 24D Dodecahedron in a MakerBot Replicator 2
4D-Dodekaeder in einem MakerBot-Replikator 2. Bildnachweis: Creative Tools via Flickr

Am Ende dieses Artikels werden Sie in die Terminologie des 3D-Drucks eingeführt und haben eine Vorstellung davon, welche Methode für Sie am besten geeignet ist. Zuerst werden wir die drei gängigsten Technologien diskutieren und dann einige Optionen beim Entwerfen eines Modells.

3D-Drucktechnologien

Es wäre falsch, sich den 3D-Druck als eine einzige Technologie vorzustellen. Stattdessen handelt es sich um eine Reihe von Technologien, die einer gemeinsamen Idee der additiven Fertigung folgen, die von Software angetrieben wird.

Was ist additive Fertigung? Viele Herstellungstechniken beginnen mit einem Materialblock und entfernen ihn selektiv, bis das gewünschte Objekt übrig bleibt. Die additive Fertigung stellt dies auf den Kopf, beginnt mit einer leeren Leinwand und fügt nur das hinzu, was für das endgültige Objekt erforderlich ist.

An sich ist diese additive Fertigung nichts Besonderes - ein Kind, das Sandburgen am Strand baut, nutzt die additive Fertigung. Die Verwendung digitaler Technologie für ein zuverlässiges und genaues Ergebnis macht den 3D-Druck zu etwas Besonderem.

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3D-Druck bestehend aus vielen 2D-Schnitten. Bildnachweis: Creative Tools über Flickr

In der Regel wird dazu ein Objekt, das wir erstellen möchten, in dünne Abschnitte geschnitten und diese nacheinander übereinander gestapelt. Stellen Sie sich vor, Sie bauen eine Pyramide als eine Reihe quadratischer Gebäude, von denen jedes kleiner als das letzte ist und die zu einer 3D-Form gestapelt sind.

FDM: Extrusion von Filamenten

Die erste Technik, die wir betrachten werden, ist FDM, Fused Depositional Modeling oder FFF, Fused Filament Fabrication, wenn wir markenrechtlich geschützte Begriffe vermeiden möchten. Es beruht auf dem "Extrusion" eines Materialfilaments, d.h. dem Erhitzen auf einen Punkt, an dem es durch eine Düse zusammengedrückt werden kann, wodurch ein noch dünneres Filament erzeugt wird. Diese Düse wird über eine Oberfläche bewegt, wobei der Umriss der Scheibe gezeichnet wird, die erstellt werden soll, und dieser Umriss dann mit einem Materialmuster gefüllt wird.

Da das Material bei der Extrusion heiß ist, verbindet es sich mit jedem bereits abgelegten Filament und bildet eine feste Materialscheibe. Sobald der Vorgang abgeschlossen ist, bewegt sich die Düse ein wenig nach oben und beginnt mit der Extrusion der nächsten Schicht.

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Beachten Sie bei einem FDM-Druck den Umriss und das Füllmuster. Bildnachweis: Tony Buser über Flickr

Das ist die Technik, die Sie in den meisten Hobby-3D-Druckern finden, wobei das Material gewöhnlich ABS oder PLA-Kunststoff ist. Die Technik erzeugt eine "Holzmaserung" -ähnliche Oberfläche mit leichten Rillen zwischen jeder Schicht (obwohl diese durch Schleifen, Polieren oder Acetondampf entfernt werden kann). Eine unvollständige Kalibrierung einer Maschine kann dazu führen, dass Filamentstränge an Stellen oder Flecken von geschmolzenem Material hervorstehen.

Die Technik kann mit überhängenden Formen kämpfen. Da es sich auf der darunter liegenden Schicht aufbaut, wird alles, was überhängt, auf nichts als Luft extrudiert! Solange wir nicht zu weit überhängen müssen, stützt sich das Material ab und hängt nicht zu stark durch. Kommerzielle Maschinen begegnen diesem Problem jedoch mit einem Trägermaterial, das aus einem zweiten Kopf extrudiert wird und als Gerüst gebaut ist, um eventuelle Überhänge zu tragen, die anschließend abgebrochen oder aufgelöst werden können. Es gibt einige Hobbyversuche, dies zu wiederholen, aber sie sind tendenziell weniger zuverlässig.

SLA: Einstellung von Resin

Die nächste Technik, Stereolithographie oder SLA, basiert auf lichtempfindlichen Harzen, Photopolymeren, Materialien, die sich von flüssig zu fest ändern, wenn sie (normalerweise ultraviolettem) Licht ausgesetzt werden. Indem wir jede Scheibe des Objekts auf der Oberfläche einer dünnen Schicht der Flüssigkeit mit ultraviolettem (UV) Licht belichten, können wir genau die Teile härten, die wir wollen. Dieses gehärtete Harz wird wiederholt mit einer weiteren dünnen Flüssigkeitsschicht geflutet und dann mit UV-Licht in Form der nächsten Modellscheibe belichtet, um eine gehärtete 3D-Struktur zu hinterlassen, sobald wir die Flüssigkeit ablassen.

Die Methode der UV-Belichtung ist unterschiedlich: Einige SLA-Drucker verwenden einen Laser, der über die Oberfläche gesteuert wird, um die Schicht zu zeichnen, während andere einen DLP-Projektor verwenden, um eine ganze Schicht auf einmal zu belichten.

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Stereolithografische Drucke vom Form 1-Drucker. Bildnachweis: Seth Woodworth über Flickr

SLA erzeugt leichter einen glatteren Druck mit höherer Auflösung, ist jedoch tendenziell teurer. Es gibt das gleiche Problem mit Überhängen, und Teile werden in der Regel auf einem Gerüst aus dem gleichen Harz wie das gebaute Objekt gebaut, was einiges an Reinigungsschleifen erforderlich macht.

Viele Druckers vom Typ „Modellbau“ in der professionellen Welt des 3D-Drucks verwenden diese Technik, und es gibt jetzt viele Fotopolymere, die verschiedene Materialien imitieren. Bis vor kurzem begrenzen die Patente diese Technik von professionellen Maschinen, aber in den letzten Jahren sind Maschinen erschienen, die Hobbyisten zugänglich sind, und damit sind auch billigere Harze erschienen. Abgesehen davon verwendet die Technik gloopy Chemikalien mit begrenzter Lebensdauer, so dass ich nicht denke, dass sie FDM im Hobbybereich vollständig ersetzen wird.

SLS: Laserschmelzen

Die allerbesten 3D-Drucker verwenden wieder einen Laser, diesmal jedoch mit einer höheren Leistung, entweder beim Schmelzen oder beim Sintern von Pulvern (Sintern ist, wenn Sie ein Material genug erhitzen, um es miteinander zu verschmelzen, aber nicht ganz genug, um es vollständig zu einer Flüssigkeit zu schmelzen). .

Diese Pulver können Kunststoffe in technischer Qualität wie Nylon oder sogar Metalle sein, was den 3D-Druck von für Maschinen geeigneten Teilen ermöglicht. Wenn Sie einen Artikel über Formel-1-Rennteams oder Raketenhersteller sehen, die 3D-Druck verwenden, ist dies der Typ, den sie bedeuten. Sehr hohe Auflösung und sehr stark, aber normalerweise ziemlich teuer.

Diese Maschinentypen werden normalerweise als Alternative zu herkömmlichen technischen Techniken verwendet und können, obwohl sie teuer sind, billiger sein als herkömmliche Techniken für einmalige Teile oder kleine Produktionsläufe.

SpaceX SuperDraco rocket engines using parts 3D printed with Inconel superalloySpaceX SuperDraco rocket engines using parts 3D printed with Inconel superalloySpaceX SuperDraco rocket engines using parts 3D printed with Inconel superalloy
SpaceX SuperDraco-Raketentriebwerke mit Teilen, die mit Inconel-Superlegierung in 3D gedruckt wurden. Bildnachweis: SpaceX-Fotos über Flickr

Andere 3D-Drucktechnologien

Diese drei Technologien sind in keiner Weise erschöpfend. Sie können Drucker erhalten, die Wachstropfen ablagern und ein Modell herstellen, das in eine Form für Metalle gegossen werden kann (häufig für Schmuck verwendet). Sie können eine Technologie verwenden, die einem Tintenstrahldrucker über einem Pulverbehälter ähnelt, um ein Bindemittel und Pigmente abzuscheiden und Vollfarbmodelle zu erstellen. Oder eine sehr ähnliche Technologie, gefolgt von einer Verglasung zur Herstellung von Keramik (Teller, Tassen usw.). Noch spezialisiertere 3D-Drucker können biokompatible Materialien zum Drucken lebender Gewebe für die Implantation, nanoskalige Objekte zur Herstellung winziger Maschinen und riesige Maschinen zum Erstellen von Abschnitten für die Architektur ablegen.

Artificial Sandstone 3D sculptureArtificial Sandstone 3D sculptureArtificial Sandstone 3D sculpture
Künstliche 3D-Skulptur aus Sandstein. Bildnachweis: EdytaZwirecka über Wikipedia

3D-Druckmaterialien

Für die größte Auswahl an Materialien wenden Sie sich an einen 3D-Druckdienst mit einer Reihe von Maschinen, beispielsweise das Angebot von Shapeway. Sie betrachten eine Reihe von Kunststoffen, Metallen und Keramiken mit unterschiedlichen Eigenschaften, um dem zu entsprechen, was Sie herstellen möchten.

Ausgezeichnet, denken Sie vielleicht - es ist mir egal, wie es funktioniert, solange es funktioniert! Aber es gibt den Haken: Wenn Sie sich jedes angebotene Material ansehen, werden Sie feststellen, dass alle unterschiedliche Anforderungen, Mindestwandstärken, Mindestgrößen für Oberflächendetails, Mindestabstände usw. haben. Möglicherweise müssen Sie Ihr Design anpassen, um mit dem verwendeten Material zu arbeiten.

Wenn Sie in die andere Richtung gehen und sich einen Hobby-3D-Drucker zulegen, sind Sie etwas eingeschränkter, aber nicht so stark, wie Sie es vielleicht erwarten. Es gibt jetzt eine Reihe von Filamenten, die auf dieser Art von Maschine funktionieren. Es gibt flexible Filamente, holzähnliche Filamente, durchscheinende Materialien und Kunststoffe mit unterschiedlichsten Eigenschaften.

Beachten Sie jedoch, dass diese Materialien normalerweise ein wenig an den Temperaturen und möglicherweise sogar an alternativen Teilen im Drucker herumgebastelt werden müssen. Die meisten Leute mit solchen Maschinen basteln jedoch gerne an solchen Dingen.

Modellierung für den 3D-Druck

Es gibt zwei große Ansätze für die 3D-Modellierung: Oberflächenmodellierung und Volumenmodellierung.

  • Die Oberflächenmodellierung repräsentiert ein Objekt normalerweise als Punkte, Kanten und Flächen.
  • Die Volumenmodellierung behält stattdessen, wie der Name schon sagt, eine Darstellung des Inneren des Objekts bei. Die Modellierung von Volumenkörpern ist für den Programmierer in der Regel schwieriger zu schreiben und für den Designer eingeschränkter zu modellieren. Aus diesem Grund verwenden die meisten Modellierer, die nur Bilder aus einem 3D-Modell rendern möchten, ein Oberflächenmodellierungspaket.

Für die 3D-Modellierung kann beides verwendet werden, obwohl dies einige Einschränkungen aufweist. Denken Sie daran, dass die Software darauf abzielt, das Modell in Abschnitte zu unterteilen, und wissen muss, welche sich innerhalb und außerhalb dieser Abschnitte befinden. Offensichtlich ist ein Modellierungspaket, das Objekte als Volumenkörper darstellt, eindeutig, was das ist, aber die Oberflächenmodellierung kann Dateien erzeugen, bei denen dies nicht so offensichtlich ist.

Es gibt einen sehr strengen Ansatz, um gültige Dateien mit einer solchen Software zu erstellen, ganz im Gegensatz zu dem üblichen Ansatz, ein Modell zum Rendern zu erstellen. Kurz gesagt, die Feile muss "vielfältig" sein, d. H. Keine Schnittflächen, keine Innenflächen, keine Löcher und alle Eckpunkte, die nicht nur sehr, sehr eng geschweißt sind. Das Modell müsste wasserdicht sein, wenn Sie es aus Plastikfolien herstellen würden. Befolgen Sie diese Anleitung, um weitere Informationen zu erhalten.

Wenn Sie nicht bereits mit Oberflächenmodellierung vertraut sind, würde ich empfehlen, ein solides Modellierungspaket zu verwenden. Obwohl sie weniger ausdrucksstark sind, können Sie bei Ihrem ersten Versuch weniger falsch machen!

Ich benutze normalerweise Solidworks, aber es ist ziemlich teuer. Glücklicherweise kommt mit dem Aufkommen des 3D-Drucks eine entsprechende Verbreitung von kostenlosen Volumenmodellierungspaketen. Das Unternehmen, das AutoCAD herstellt, ein weiteres teures, aber sehr leistungsfähiges 3D-Paket, bietet einige Pakete an. Einige der nützlichsten für diesen Zweck sind Tinkercad, ein grundlegendes browserbasiertes CAD-Paket, und 123D Design, ein Offline-Tool mit ähnlichen Funktionen.

Mein kostenloses Go-to-Tool ist normalerweise Trimble Sketchup, das für den nichtkommerziellen Gebrauch kostenlos ist. Sie benötigen jedoch eine Erweiterung, um die richtige Art von Datei zu erhalten.

Unabhängig davon, welches Tool Sie verwenden, müssen Sie normalerweise eine oder mehrere STL-Dateien haben. Dies ist ein sehr einfaches Dateiformat, das jedoch von den meisten 3D-Druckwerkzeugen akzeptiert wird.

Erstellung Ihres 3D-Drucks

Sie kennen also einige der Technologien, Sie kennen einige der Software, vielleicht haben Sie sogar eine Datei erstellt, und Sie möchten nur wissen, wie Sie sie bereits drucken können! Hier gibt es einige Möglichkeiten: Sie können in eine Maschine investieren, einen 3D-Druckdienst nutzen oder einen 3D-Drucker finden. Jeder hat Vor- und Nachteile.

Der Kauf einer eigenen Maschine kann eine ziemliche Investition sein, wenn auch viel weniger als in der Vergangenheit. Sie sind auf die eine Technologie beschränkt, die Ihre Maschine verwendet, und daher auf das eine (oder einige) Material, das in dieser Technologie verwendet wird. Angenommen, Sie haben kein Geld verdient und konnten eine professionelle Maschine erwerben, müssen Sie sich möglicherweise mit der technischen Seite Ihrer Maschine befassen, wenn etwas ersetzt oder neu kalibriert werden muss, obwohl viele Hobby-Maschinen ausgezeichnete Online-Communities haben, um dies zu unterstützen .

Nachdem Sie dies alles gesagt haben, haben Sie die billigste Option pro Teil, die Sie herstellen möchten. Wenn Sie also süchtig werden, können Sie Teile nach Herzenslust produzieren. Und Sie werden in der Lage sein, Teile schnell zu iterieren - wenn Sie so etwas wie ich sind und mehrere Teile zusammenfügen, werden Sie beim ersten Erstellen etwas falsch machen!

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Ein Modell auf dem Ultimaker, einem beliebten Hobby-3D-Drucker. Bildnachweis: Maurizio Pesce über Flickr

Eine weitere Option sind 3D-Druckdienste, entweder online oder bei Ihrer örtlichen 3D-Druckerei. Dies hat den Vorteil, dass keine Vorabkosten anfallen (obwohl dies pro Teil erheblich teurer ist) und eine Reihe von Technologien und Materialien zur Verfügung stehen. Der andere Hauptnachteil neben den Kosten ist die Zeit, da Sie darauf warten müssen, dass sie es schaffen und an Sie versenden. Es gibt einige große Services wie Shapeways oder iMaterialise, aber schauen Sie sich um und finden Sie die Lösung, die das beste Gleichgewicht zwischen Preis und Geschwindigkeit für Sie bietet.

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3D-gedruckte Teile von Shapeways, einem Online-3D-Druckdienst. Bildnachweis: Lunatics TV über Flickr

Die dritte Option befindet sich auf halbem Weg zwischen diesen, hängt jedoch davon ab, ob Sie einen 3D-Drucker finden, den Sie lokal verwenden können. Die Maker-Bewegung hat zu vielen lokalen Maker-Räumen geführt, in denen möglicherweise Maschinen auf Kosten des Eintritts und des Materials verfügbar sind, oder sogar nur jemand, der bereit ist, Zeit auf einer Maschine gegen 3D-Modellierungsfähigkeiten für seine Projekte einzutauschen. Schau in Es hinein!

Oder du kannst tun, was ich tue, und all dies tun! Testen Sie Modelle schnell auf Ihren eigenen Maschinen, senden Sie Dateien für alternative Materialien und arbeiten Sie mit lokalen Herstellern und Studenten zusammen, um Dinge herzustellen.

Abschluss

Sie kennen jetzt die Terminologie, einige der Optionen sowie die Vor- und Nachteile der einzelnen. Gehen Sie weiter und drucken Sie etwas Interessantes in 3D. Halten Sie auch die Augen offen für zukünftige Tutorials, in denen Sie einige Details genauer untersuchen. Wenn Sie Fragen haben, posten Sie diese in den Kommentaren!

Versuchen Sie für Ihren ersten Schritt in den 3D-Druck, einen 3D-Druckdienst zu verwenden. Probieren Sie unser Tutorial zum Erstellen einer 3D-gedruckten Handyhülle aus.

Vorschau Bildnachweis: Seth Woodworth über Flickr

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