Seit 2009 sind die wichtigsten Patente für tragbare 3D-Drucker abgelaufen und der 3D-Druck hat sich zu einer eigenen Branche entwickelt. Daher sind 3D-Drucker eines der entscheidenden Produkte unserer Zeit.

Derzeit wird mit 3D-Druckern fast alles hergestellt, was man sich vorstellen kann, wie Instrumente, Kameraausrüstung, medizinische Modelle, Telefone und persönliches technisches Zubehör, Heimtextilien, Spielzeug und Mode. Seine Anwendungen sind fast endlos. Theoretisch kann der 3D-Druck jedes feste Objekt herstellen. Obwohl einige technische Einschränkungen das Drucken bestimmter Größen und bestimmter Materialien behindern, haben Wissenschaftler daran geforscht, die Fähigkeiten schnell zu verbessern.

Die beliebteste Art des 3D-Drucks ist das Fused Deposition Modeling (FDM), auch bekannt als Sicherungsherstellung. Das Arbeitsprinzip der Modellierung der Schmelzablagerung besteht darin, dass, wenn das Kunststofffilament nach oben, unten oder über die angegebenen XYZ-Koordinaten geht, es durch die Düsenschmelze läuft und eine Rolle Kunststofffilament zusammendrückt.

Verwenden Sie den FDM-Prozess, um ein Produkt wie dieses zu erstellen:

·Verwenden von CAD-Software zur Generierung dreidimensionaler Modelle.

·Das CAD-Modell wird als Stereolithografiedatei (.stl-Format) exportiert und dann in die Slicing-Software importiert.

· Die Datei wird in Layer unterteilt und eine spezifische Werkzeugbahn wird generiert.

· Das Design wird an den Drucker gesendet.

Je nach Größe und Komplexität des Teils kann das Teil durch additive Fertigung in Minuten, Stunden oder Tagen hergestellt werden.

Wärme für den 3D-Druck erzeugen

Schließlich geht es beim Fused Deposition Modeling um Wärme. 3D-Objekte werden durch Schmelzen, Formen und Abkühlen von Kunststoff hergestellt.

Mehrere Schlüsselkomponenten von FDM-Druckern können Wärme erzeugen und verwalten:

·Extruder.

·Druckbett.

·Geschichteter Lüfter.

Jedes sorgfältige Studium wird erklären, wie sie sich auf die gedruckten Ergebnisse auswirken.

Extruder. Im Extruder befindet sich die meiste Druckertechnologie. Es besteht aus einem kalten Ende und einem heißen Ende, wobei das kalte Ende das Filament durch das System zieht und das heiße Ende das Filament schmilzt, wenn es extrudiert wird.

Im heißen Ende des Extruders befindet sich ein Heizblock. Normalerweise besteht es aus Aluminium und wird von einer Heizbox beheizt. Wenn das Filament das Wärmerohr passiert und die Düse erreicht, schmilzt es durch das Heizelement.

Im Extruder befindet sich auch ein Kühlerlüfter. Dieses Kühlelement verhindert, dass Wärme in die Extruderteile gelangt, die auf einer niedrigeren Temperatur gehalten werden müssen.

Eine weitere erwähnenswerte Komponente im Extruder ist der Thermistor bzw. das Thermoelement. Dieses Teil kann die Temperatur des heißen Endes erfassen und regulieren.

Drucken Sie das Bett aus. Das Druckbett ist die Oberfläche, auf der während des Druckprozesses Filamente in einer bestimmten Form abgelegt werden. Die meisten Drucktische werden beheizt, um zu verhindern, dass der Kunststoff zu schnell abkühlt und sich das Produkt verzieht. Das Druckbett wird normalerweise irgendwo zwischen 122 und 212 °F (50 bis 100 °C) gehalten. Die spezifischen Temperaturanforderungen hängen vom verwendeten Filamenttyp ab.

Einige Drucker haben kein beheiztes Bett. Die Materialien, die diese Maschinen drucken können, sind begrenzt. Ebenso kann das Material nicht an diesen Betten haften und der geschmolzene Teil wird eher aus der Mitte des Drucks herausgeschleudert.

Mehrschichtiger Lüfter. Der geschichtete Lüfter kühlt den Kunststoff nach dem Verlassen der Düse. Dieses Element hilft dem erstellten Produkt, beim Drucken seine Form beizubehalten.

Hitze kontrollieren: Umgang mit hitzebedingten Problemen

Da der 3D-Druck stark auf Wärme angewiesen ist, können Temperaturprobleme den gesamten Prozess leicht stören. Häufige Probleme beim 3D-Druck sind:

·Hochtemperaturkriechen.

· Verdrehen und Biegen.

· Geschmolzene oder deformierte Fingerabdrücke.

· An der Seite des höheren Drucks sind Risse vorhanden.

·Biegung nahe dem unteren Rand der Drucksache.

· Vage oder undefinierte erste Schicht

Aufgrund der unbefriedigenden Temperatur können Hersteller auf solche Probleme stoßen.

Mit der Fortsetzung der Forschung und Entwicklung des 3D-Drucks werden fortschrittliche Technologien weiterentwickelt, um eine präzisere Steuerung höherer Temperaturen zu ermöglichen, was zu hochwertigem Druck und schwer zu handhabenden Materialien führt.

Kriechen bei hoher Temperatur. Wenn Wärme unregelmäßig durch das heiße Ende des Extruders diffundiert, tritt thermisches Kriechen auf. Wenn das Filament während des Extrusionsprozesses abkühlt, steigt Wärme in das Wärmedämmrohr. Dies führt dazu, dass sich das Filament zu schnell erwärmt und ausdehnt und an der Wand des Wärmedämmrohrs kleben bleibt. Thermisches Kriechen kann zu Verstopfungen und Druckunterbrechungen führen, die schwer zu entfernen sind.

Daher trägt die Gestaltung des Wärmedämmrohrs häufig dazu bei, ein thermisches Kriechen zu verhindern. Rillen oder Drähte im Rohr verhindern, dass Wärme in Bereiche eindringt, die nicht in die Röhre gelangen sollten. Darüber hinaus können einige Vorkehrungen getroffen werden, um ein thermisches Kriechen zu verhindern. Legen Sie zuerst keramisches Isolierband um den Heizblock herum. Zweitens vermeiden Sie, dass sich der Drucker aufheizt, wenn er nicht druckt. Drittens, vermeiden Sie die Verwendung von Low-End-Filamenten, die sich unregelmäßig ausdehnen. Schließlich, wenn möglich, entfernen Sie das Filament nach dem Drucken.

Verdreht und gebogen. Ein zu schnelles Abkühlen des Kunststoffs nach der Extrusion führt dazu, dass sich das Produkt verzieht. Da der Kunststoff beim Abkühlen leicht schrumpft, führt eine schnelle Abkühlung dazu, dass sich der Kunststoff beim Aushärten verbiegt.

Wenn der Kunststoff auf dem Druckbett knapp unter der Schmelztemperatur gehalten wird, kann ein Verziehen verhindert werden. Wenn ein Verziehen auftritt, muss die Temperatur des Pressenbetts wahrscheinlich erhöht werden.

Geschmolzene oder verformte Drucksachen. Es sieht locker aus, wenn es entworfen ist, weil es zu heiß ist. Der FDM-Druck erfordert ein gutes Gleichgewicht zwischen der Temperatur, die für einen guten Fluss sorgt, und der Temperatur, die eine schnelle Erstarrung gewährleistet.

Passen Sie die Temperatureinstellung an, um einen geschmolzenen Druck zu korrigieren. Stellen Sie zunächst sicher, dass die Temperatur innerhalb der richtigen Parameter des Materials liegt. Versuchen Sie als nächstes, die Düsentemperatur jedes Mal um 9 °C zu senken.

An den Seiten des höheren Drucks sind Risse vorhanden. Wenn der 3D-Drucker höhere Fragmente produziert, treten manchmal Risse zwischen einigen der höheren Schichten auf. Dies liegt daran, dass diese Schichten zu weit von der Hitze des Druckbetts entfernt sind. Nach dem Extrudieren kühlte das Filament zu schnell ab und erreichte nicht die richtige Viskosität. Dies kann zu kleinen Zwischenräumen oder Rissen zwischen den Schichten führen.

Um zu verhindern, dass das Filament zu schnell abkühlt, versuchen Sie, die Extrudertemperatur um etwa 18 °C zu erhöhen.

Gebogen oder gebogen in der Nähe des Bodens Wenn das Gewicht des Modells gegen die nicht ausreichend gekühlte Bodenschicht gedrückt wird, verbiegt oder verbiegt sich diese.

Diese Verformung der unteren Schicht kann durch eine schnellere Abkühlung behoben werden. Dies kann erreicht werden, indem die Temperatur des Druckbetts um 9 °F (5 °C) gesenkt wird, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist.

Verschwommene und undefinierte erste Schicht. Manchmal wird die erste Schicht sehr unscharf. In diesem Fall scheint der Winkel nicht definiert zu sein und die Filamentlinien sehen rau aus. Dies liegt in der Regel daran, dass das Druckbett zu heiß ist, wodurch der Kunststoff seine Form verliert.

Die Lösung für dieses Problem kann ganz offensichtlich sein. Es kann erforderlich sein, die Druckbetttemperatur jedes Mal um 9 °C zu senken, bis das gewünschte Ergebnis erzielt wird.

Materialtemperaturgrenze

Es gibt mehrere Optionen für das Filament. Die Filamente sind in verschiedenen Farben, Texturen und Effekten erhältlich, vom Leuchten im Dunkeln bis hin zum Aussehen und Geruch von Holz. Ein wichtiger Teil der Beherrschung der Verwendung dieser verschiedenen Materialien besteht darin, die spezifischen Temperaturanforderungen jedes Materials zu verstehen. Die Nichtbeachtung dieser Parameter kann zu den bereits erwähnten temperaturbedingten Problemen führen.

Je höher die Temperatur, desto größer die Möglichkeit. Wenn der 3D-Drucker während des Produktionsprozesses eine höhere Temperatur halten kann, stehen mehr Filamente zur Auswahl. Das Arbeiten bei höheren Temperaturen erfordert jedoch die spezielle Technologie eines 3D-Druckers.

Beispielsweise besteht das heiße Ende des Extruders üblicherweise aus Metall und Polyetheretherketon (PEEK) oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Obwohl PEEK und PTFE eine ausgezeichnete Isolierung bieten, begrenzen sie die Temperatur am heißen Ende auf nicht mehr als 464 °F (240 °C). Bei Verwendung eines Ganzmetall-Hot-Ends kann die Temperatur jedoch effektiv über 572 °F (300 °C) gehalten werden. Dies öffnet eine Tür zur Verwendung verschiedener Materialien.

Neue Entwicklungen in der FDM-Technologie haben den Weg für höhere Temperaturen beim 3D-Druck geebnet. Im vergangenen Jahr hat ein Hersteller von 3D-Druckern eine Reihe von Hochtemperatur-Druckerkomponenten eingeführt, mit denen die Hot-End-Temperatur über 752 Grad Celsius erreicht werden kann. Das Druckbett dieser Geräte kann Temperaturen über 400 °C erreichen.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der 3D-Druckforschung und -entwicklung wird eine ausgeklügelte Technologie auch weiterhin eine präzisere Steuerung bei höheren Temperaturen ermöglichen. Diese Fortschritte ermöglichen hochwertige Drucke aus schwer zu verarbeitenden Materialien. Wir freuen uns sehr, die Zukunft des 3D-Drucks zu sehen.

Link zu diesem Artikel: Was genau ist die 3D-Drucktechnologie? 

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