3D macht Druck

Von Michael Heßhaus

Die additive Fertigung ermöglicht eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, die in vielen Sektoren vom Bau bis zur Medizin Verfahren verbessern und die Umwelt entlasten können. Im Hobbybereich ist diese faszinierende Technik schon längst angekommen. Die Zukunft hat auch hier bereits begonnen.

Buchinhalt:
- Alle 3D-Druck Systeme nach DIN EN ISO/ASTM 52900:2021 ausführlich erklärt
- Filamente, Pulver, Drähte: Welche Materialien kommen wo zum Einsatz?
- Detaillierte Druckanleitungen für den FDM- und SLA-Druck: Von der CAD-Datei bis zur Nachbearbeitung
- Interessante Einsatzgebiete Weltweit
- Tipps und Tricks, um den Druckprozess zu optimieren
- Fehlerbilder erkennen und beheben
- Wirtschaftliche Beispielrechnungen für Betriebe
- Scansysteme

Mit über 70 Abbildungen und Tabellen

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Books on Demand
• Erscheinungsdatum: 2. März 2023
• ISBN: 9783757865719

Michael Heßhaus

-Geboren 1983 -Gelernter Einzelhandelskaufmann -Studierter Wirtschaftsingenieur -Veröffentlicht regelmäßig über zukunftsorientierte Themen

Buchvorschau

Die additive Fertigung ermöglicht eine Vielzahl neuer

Möglichkeiten, die in vielen Sektoren vom Bau bis zur Medizin Verfahren verbessern und die Umwelt entlasten können.

Im Hobbybereich ist diese faszinierende Technik schon längst angekommen.

Buchinhalt:

Alle 3D-Druck Systeme nach DIN EN ISO/ASTM 52900:2021 ausführlich erklärt

Filamente, Pulver, Drähte: Welche Materialien kommen wo zum Einsatz?

Detaillierte Druckanleitungen für den FDM- und SLA-Druck: Von der CAD-Datei bis zur Nachbearbeitung

Interessante Einsatzgebiete Weltweit

Tipps und Tricks, um den Druckprozess zu optimieren

Fehlerbilder erkennen und beheben

Wirtschaftliche Beispielrechnungen für Betriebe

Scansysteme

Mit über 70 Abbildungen und Tabellen

Inhalt

1. Einleitung

2. Geschichte des 3D-Drucks

2.1 Warum überhaupt? Vorteile des 3D-Drucks

2.2 Normierung des 3D-Drucks

3. Arten des 3D-Drucks: MATERIALEXTRUSION (MEX)

3.1 Fused Deposition Modeling (FDM/FFM)

3.1.1 Grundlagen Steuerungstechnik

3.1.1.1 Kartesische Koordinatensysteme

3.1.1.1.1 Polare Koordinatensysteme

3.1.1.2 ABC Koordinatensysteme

3.1.2 Grundlagen Kunststoffe

3.1.3 Systemvarianten im FDM-Druck

3.1.3.1 Gantrydrucker

3.1.3.2 Deltadrucker

3.1.3.3 Polardrucker

3.1.4 FDM Systeme in Vergleich

3.1.5 Kostenstruktur der FDM Systeme

3.1.6 Verwendbare Materialien (FDM/FFM)

3.1.6.1 Standardfilamente

3.1.6.1.1 PLA

3.1.6.1.2 ABS

3.1.6.1.3 PETG (PET)

3.1.6.1.4 TPE, TPU

3.1.6.1.5 NYLON

3.1.6.1.6 Polycarbonate (PC)

3.1.6.1.7 Zusammenfassung Standardfilamente

3.1.6.2 Auswahl Profifilamente

3.1.6.2.1 Carbon-Faser

3.1.6.2.2 Metall

3.1.6.2.3 HIPS

3.1.6.2.4 Polypropylen (PP)

3.1.6.2.5 PMMA

3.1.6.3 Auswahl exotischer Filamente

3.1.7 FDM für Zuhause: von der Einrichtung zum fertigen Modell

3.1.7.1 Erstellung eines 3D-Modells

3.1.7.2 Slicen für den Druck

3.1.7.3 Druckereinrichtung

3.1.7.4 Druck

3.1.7.5 Nachbearbeitung und Montage

3.1.7.6 Hilfreiche Gadgets

3.1.7.7 Umrüstungsmöglichkeiten: Gravieren mit dem FDM Drucker

3.1.7.8 Fehlerbilder erkennen und beheben

4. Arten des 3D-Drucks: BADBASIERTE PHOTOPOLYMERISATION (BP)

4.1 Kurzer Einschub: Was ist ein „Laser"?

4.2 Systemvarianten in der Badbasierten Photopolymerisation

4.2.1 Stereolithographie (STL/SLA)

4.2.2 Digital Light Processing (DLP)

4.2.3 Maskierte Stereolithographie (MSLA)

4.2.4 Film Transfer Imaging (FTI)

4.2.5 Besondere Verfahren BADBASIERTE PHOTOPOLYMERISATION

4.2.5.1 Lithografie-basierte Metallfertigung (LMM) und Digitale Kompositfertigung (DCM)

4.2.6 Badbasierte Photopolymerisationssysteme in Vergleich

4.3 Grundlagen Harze

4.3.1 Verwendbare Materialien (BP)

4.3.1.1 Standard-Kunstharze

4.3.1.2 Transparente Kunstharze

4.3.1.3 Flexible Kunstharze

4.3.1.4 Pflanzenbasierte Kunstharze

4.3.1.5 ABS-ähnliche Kunstharze

4.3.1.6 Wasserlösliche Kunstharze

4.3.1.7 Kunstharz für die Industrie

4.3.1.8 Kunstharz für die Schmuckherstellung

4.3.1.9 Zusammenfassung Harze (BP)

4.3.2 Badbasierten Photopolymerisation für Zuhause: von der Einrichtung zum fertigen Modell

4.3.2.1 Slicen für den Druck

4.3.2.2 Druckerreinrichtung

4.3.2.3 Druck

4.3.2.4 Hilfreiche Gadgets

5. Arten des 3D-Drucks: PULVERBETTBASIERTES SCHMELZEN (PBF)

5.1 Kurzer Einschub: Was ist „Sintern"?

5.2 Systemvarianten des PULVERBETTBASIERTES SCHMELZEN

5.2.1 Selektives Lasersintern (SLS)

5.2.2 Selektives Laserschmelzen (SLM)/Direktes Metall- Laser-Sintern (DMLS)

5.2.3 Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

5.2.4 Multi Jet-Modeling (MJM)

5.3 Verwendbare Materialien (PBF)

5.3.1 Kurzer Einschub: Was ist „Elektrolyse"?

5.4 Kostenstruktur der PBF-Systeme

6. Arten des 3D-Drucks: FREISTRAHLMATERIALAUFTRAG (MJT)

6.1 Material Jetting (MJ)-Drop on demand (DOD)

6.2 Material Jetting (MJ)- Polyjet von Objet

6.3 Material Jetting (MJ)- Nano particle jetting (NPJ) von XJet

6.4 Kostenstruktur der MJT Systeme

7. Arten des 3D-Drucks: FREISTRAHLBINDEMITTELAUFTRAG (BJT)

7.1 Kurzer Einschub: Was sind „verlorene Formen und Kerne"?

7.2 Sand-Binder-Jetting

7.3 Metall-Binder-Jetting

7.4 Kunststoff-Binder-Jetting

7.5 Kostenstruktur der MJT-Systeme

8. Arten des 3D-Drucks: MATERIALAUFTRAG MIT GERICHTETER ENERGIEEINBRINGUNG (DED)

8.1 Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM)

8.2 Laser-konstruierte Netzformung (LENS)

8.2.1 Kurzer Einschub: Was ist „Schutzgas"?

8.3 Kaltgasspritzen (CS)

8.4 Verwendbare Materialien

8.5 Kostenstruktur der DED Systeme

9. 3D-DRUCK-VERFAHREN: SCHICHTLAMINIERUNG (SHL)

9.1 Schichtlamination (LOM)

9.2 Ultraschall- Konsolidierung (UC)

10. Anwendungsmöglichkeiten des 3D- Drucks

10.1 Anwendungsmöglichkeiten im medizinischen Sektor

10.1.1 Bioprint First Aid

10.1.2 Mobiler Tablettendrucker

10.1.3 Bionische Körperteile

10.1.4 3D Direct Sound Printing

10.1.5 Operationshilfe für Neugeborene

10.2 Anwendungsmöglichkeiten an schwer Zugänglichen Orten

10.2.1 Weltraum-Metall 3D-Drucker (Metal3D)

10.2.2 Platypus Galacticas (Luyten und UNSW)

10.2.3 Space Hopper

10.2.4 Rosenberg Moon Habitat

10.2.5 Autonome 3D- Druck- Fabrik für Drohnen (NASA)

10.2.6 Relativity Space Terran 1 Rakete

10.3 Anwendungsmöglichkeiten im Nahrungsmittelsektor

10.3.1 Lebensmitteldrucker

10.3.2 Ouro Foods-Für Menschen mit gesundheitlichen Einschränkungen

10.3.3 Print a Drink

10.4 Anwendungen im Bausektor

10.4.1 ICON House Zero

10.4.2 Gebäudestrukturen aus gesäter Erde

10.4.3 Staudamm in Tibet

10.4.4 Cacao Eco Village

10.5 Sonstige Anwendungen

10.5.1 Textildrucker

10.5.2 Tanaruz Yachten

10.5.3 Forest of Intelligence

10.5.4 Neutrogena MaskID

10.6 Gefahren durch den 3D-Druck

11. Scannen als Vorstufe des Druckens- Die Alternative zu CAD

11.1 Scantechniken- und Sensoren

11.1.1 Fotogrammetrie

11.1.2 Streifenlicht-/ Musterprojektion

11.1.3 LiDAR

11.1.3.1 Frequenzmoduliertes LiDAR (FMCW Scanning LiDAR)

11.1.3.2 Grundprinzip Time of Flight (TOF)

11.1.3.3 TOF VCSEL Scanning LiDAR

11.1.3.4 TOF Rotating Scanning LiDAR

11.1.3.5 TOF MEMS Scanning LiDAR

11.1.3.6 TOF Flash LiDAR

11.1.3.7 TOF OPA Scanning LIDAR

11.2 Scannen im Hobbybereich

12. Herkömmliche subtraktive Bearbeitungsmethoden

12.1 Drehmaschine

12.2 Fräsmaschine

12.3 Wasserstrahlmaschine

13. Wirtschaftliche Betrachtung: Sparen durch 3D-Druck?

13.1 Betrachtung kleiner Unternehmen

13.1.1 Unternehmensstruktur

13.1.2 Produktion mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden

13.1.3 Produktion mit 3D-Druck

13.1.4 Gegenüberstellung und Fazit

13.2 Betrachtung mittlerer Unternehmen

13.2.1 Produktion mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden

13.2.2 Produktion mit 3D-Druck

14. Fazit

Abbildungen und Tabellen

1 Historie des 3D-Drucks 01

2 Historie des 3D-Drucks 02 Vgl. (3D Farm.net, 2022 ); (Goldberg & u.a., 2022)

3 Additives Verfahren

4 Subtraktives Verfahren

5 Print in place Kugellager

6 FDM-Drucker Aufbau

7 Kartesisches Koordinatensystem

8 Punkte im kartesischen Raum

9 Polares Koordinatensystem

10 Punkte im polaren Raum

11 ABC Koordinatensystem

12 Kunststoffgruppen: Verhalten, Aufbau, Beispiele Vgl. (Mannheimer Schulen, 2005)

13 Beispielaufbau Gantry-Drucker

14 Beispielaufbau Deltadrucker

15 Beispielaufbau Polardrucker

16 FDM-Systeme im Vergleich

17 Kostenstruktur gängiger FDM-Systeme

18 Eigenschaften der Standardfilamente Vgl. auch (All3DP, 2022)

19 Balkonlampe Montageumgebung

20 Inventor: Erste Schritte

21 Inventor: Weiterführende Schritte

22 Inventor: Letzte Schritte

23 Fertiges 3D-Modell

24 Außenwandeinstellung: Anzahl 2 und Anzahl 10

25 Infill-Muster

26 Skirt,Brim,Raft (v.L.n.R.)

27 Objekt mit und ohne Stützstruktur (v.L.n.R.)

28 Einstellungen im Slicer

29 Orientierung in Cura

30 Leveling

31 Filament laden

32 Baloknhalter fertig gedruckt

33 Montierte Balkonbeleuchtung

34 Laseradapter

35 Creality Workshop

36 Gravierergebnis

37 Aufbau Badpolymerisation

38 STL Lichtquelle

39 DLP Lichtquelle

40 Aufbau Film transfer imaging

41 BP-Systeme im Vergleich

42 Kostenstruktur gängiger BP-Systeme

43 Schmuckherstellung mit Negativform

44 Zusammenfassung Resins

45 BP-Druck: Ausrichtung und Mehrfachdruck

46 FEP Folie tauschen

47 3D-CAD-Modell

50 Modell ohne Stützen

48 BD-Druck mit Stützstruktur

51 Grundiertes Modell

49 UV-Nachhärtung

52 Fertig bemalte Figur

53 Schrägsteller

54 Aufbau Pulverbettbasiertes Schmelzen

55 Elektrolyse

56 SLS Materialien (SLS3D, 2022)

57 EBM Materialien (Fraunhofer-Institut, 2022),modifiziert

58 Kostenstruktur gängiger PBF-Systeme

59 Aufbau Freistrahl-Materialauftrag

60 Kostenstrunktur gängiger MJT-Systeme

61 Aufbau Freistrahl-Bindemittelauftrag

62 Verlorene Kerne

63 Kostenstruktur gängiger BJT-Systeme

64 Aufbau Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung

65 Blisk

66 Kostenstruktur gängiger DED-Systeme

67 Aufbau Schichtlaminierung

68 Aufbau Fotogrammetrie

69 Sensor-Prinzipien

70 Moduliertes Licht

71 Prinzip TOF

72 VCSEL Array

73 Rotating LiDAR

74 MEMS Scanning LiDAR

75 TOF Flash LiDAR

76 Ablauf Druck

77 Drehen

78 Fräsen

79 Wasserstrahlschneiden

80 Struktur kleines Unternehmen

81 Kleines Unternehmen Fazit

82 Struktur mittleres Unternehmen

Alle Abbildungen, Tabellen und Formeln sofern nicht anders angegeben: (Heßhaus, Eigene Darstellung, 2022), (Heßhaus, Wohin und Womit, 2022) oder (Heßhaus, Design und Konstruktion eines automatisierten, optischen 6-Seiten-3D-Scanners, 2021)

1. EINLEITUNG

Was ist 3D-Druck? Was ist Additive Fertigung? Warum können Druckverfahren in vielen Bereichen die herkömmlichen Verfahren wie Fräsen, Drehen oder Laser/Wasserstrahlschneiden ersetzen, aber nicht in allen?

Allein die Breite und Tiefe des Sortiments an 3D-Druck-Technologien, Werkstoffen und Möglichkeiten der Endbearbeitung lässt keine schnelle Schlussfolgerung zu, welche Systeme wo eingesetzt werden können oder sollten. Dieses Buch bringt Ihnen die gängigen Arten des 3D-Drucks wie FDM oder SLA näher und beschreibt die jeweiligen Vor- und Nachteile. Alle Techniken können in Industrie- und auch im Heimbereich eingesetzt werden. Letzteres ist in manchen Fällen jedoch nicht sinnvoll-je nachdem, wie professionell Sie arbeiten wollen oder müssen.

Zur Thematik gehört natürlich ebenso ein Blick auf die Grundlagen der Steuerung eines Drucksystems, von der Maschinenebene wie der G-Code Programmierung bis hin zu Benutzeroberflächen von Slicer- oder CAD-Programmen. Denn auch die Konstruktionsroutinen unterscheiden sich im Vergleich zu Material abtragenden Maschinen wie Fräsen oder Drehmaschinen.

Aktuelle Themen wie die Energieeffizienz sind hier genauso enthalten wie die Geschichte des 3D-Drucks und Blicke in die Zukunft.

Durch dieses Buch erlangen Sie einen umfassenden Eindruck des kompletten Wissenskomplexes. Viele Quellen laden zur Vertiefung dieses Wissens ein.

Mathematische Ansätze wie die Beschreibung der Kartesischen- und Polarkoordinaten für die Ansteuerung der Systeme oder chemische Ansätze wie die Beschreibung der verschiedenen Kunststoffe bleiben genau dies: Ansätze. Trotzdem werden diese ausreichend besprochen, um den thematischen Bereich erfassen zu können.

Vielen