Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Personal Fab - Dreidimensionale Druckmethoden

3D-Drucker drucken die Ebene über der Ebene und erstellen langsam ein dreidimensionales Objekt. Eine Vielzahl von Materialien und Methoden werden verwendet, um diese Schichten aufzubauen.

Der Stratasys Dimension ist ein kommerzieller 3D-Drucker, der ABS-Kunststoff verwendet. Das ABS-Filament wird in einer selbstladenden Kassette geliefert und von zwei Antriebsrädern in einen Heizblock geführt. Im Heizblock wird das ABS auf einen halbflüssigen Zustand erhitzt und durch die Spitze extrudiert, wobei die Lagen nur noch 0,01 Zoll betragen.

Das Open-Source-Projekt RepRap (reprap.org) verwendet eine ähnliche Technologie. Das Filament ist ein Polymer mit einem Durchmesser von 3 mm. Dieses wird in eine Kammer geführt, die fest gegen eine Antriebsschraube gehalten wird. Wenn sich die Antriebsschraube dreht, drückt sie das Filament in einen beheizten Zylinder. Die Hitze kommt von einem Nichromdrahtstreifen, der um den Lauf gewickelt wird. An der Spitze befindet sich eine Düse mit einem Durchmesser zwischen 0,25 mm und 1 mm (kleiner ist genauer, erfordert jedoch mehr Zeit). Ein Thermistor ist in die Düse eingebettet, sodass die Temperatur für verschiedene Polymere eingestellt werden kann.

Eines der einfachsten Polymere, mit dem gearbeitet werden kann, ist Polymorph, das in den USA als Friendly Plastic oder ShapeLock vermarktet wird. Polymorph lässt sich leicht extrudieren, ist relativ stark und schmilzt bei nur 140 ° F. Leider ist es auch teuer und verformt sich, wenn es regelmäßig Temperaturen über 100 ° F ausgesetzt wird.

RepRap-Enthusiasten haben auch mit HDPE, ABS und PLA (Polymilchsäure) experimentiert. PLA ist am interessantesten, da es biologisch abbaubar ist und Sie es selbst herstellen können. PLA wird durch Erhitzen von Milchsäure mit Zinn (II) -chlorid gebildet; und Milchsäure kann durch Fermentieren von Milch oder Stärke erzeugt werden. Das Verfahren ist so komplex, dass es in kleinen Mengen nicht besonders praktisch ist, aber es eröffnet interessante Möglichkeiten für die Produktion vor Ort.

Ein anderes Material, mit dem das RepRap-Projekt experimentiert hat, ist das UV-härtbare Harz EcoComp von Sustainable Composites Ltd. Das Harz wird mit Glasfüller zu einer Paste gemischt und härtet aus, wenn es ultraviolettem Licht ausgesetzt wird. Ein Ring aus UV-LEDs, der um die Düse montiert ist, härtet die Paste aus, wenn sie extrudiert wird. EcoComp Harz wird aus Pflanzenöl hergestellt und wird wie PLA biologisch abgebaut, wenn es kompostiert wird, wodurch das Material kohlenstoffneutral wird. EcoComp Harz ist jedoch im Untergrund sehr stabil. Wenn es begraben wird, würde es tatsächlich die Menge an Kohlenstoff in der Atmosphäre reduzieren.

Das Projekt [email protected] (fabathome.org) verwendet eine wesentlich einfachere Extrusionsmethode als RepRap: Der Mechanismus ist einfach eine motorgesteuerte Spritze.

Ein Satz von 30 Spritzenzylindern und -kolben kostet 36 US-Dollar, so dass Sie leicht mit verschiedenen Materialien experimentieren können. Dies kann für eine Menge Spaß sorgen - Erdnussbutter, Zuckerguss, Zahnpasta - wenn Sie es aus einer Spritze spritzen können, wird es verdrängen. Aus Erdnussbutter etwas Festes zu machen, mag schwierig sein, aber der Spaß liegt im Experimentieren. Betty Crocker Easy Squeeze Decorating Icing eignet sich gut für 3D-Dekorationen.

Silikon funktioniert auch gut in [email protected] Es härtet innerhalb von 24 Stunden zu einem etwas gummiartigen Material aus. Es ist auch möglich, leitfähiges Silikon zu erhalten, mit dem Schaltkreise eingebettet werden können. FabEpoxy von Kraftmark scheint das vielversprechendste Material zu sein. Es ist ein zweikomponentiges Epoxidharz, das sehr haltbar und maschinell bearbeitbar ist und im ausgehärteten Zustand lackiert werden kann.

Alle diese Materialien können bei Raumtemperatur extrudiert werden, was ihre Komplexität erheblich reduziert. Ironischerweise ist das [email protected] Spritzenwerkzeug sehr teuer in der Konstruktion, da der Linearmotor mit 130 US-Dollar den Kolben eintaucht. Das ist viel Geld, wenn Sie zahlreiche austauschbare Extrusionsköpfe haben möchten.

Glücklicherweise gibt es viele Möglichkeiten, dies zu umgehen. Die erste Methode, die mir in den Sinn kam, ist die Anpassung einer alten Kekspresse. Diese kosten bei eBay 5 oder 10 US-Dollar und alles, was Sie tun müssen, ist ein paar Bohrungen, um einen Motor zu montieren. Ich entschied mich für einen $ 6 Solarbotics GM3. Mein Keksextruder ist ziemlich groß, aber eine ähnliche Methode könnte mit einer gefangenen Mutter und einer Schraube an der Standard-E-Mail-Spritze verwendet werden.

Diese Methode der Herstellung, die ich beschrieben habe, wird als FDM (Fused Deposition Modeling, FDM) bezeichnet. Eine ähnliche Methode, die so genannte Precision Droplet-basierte Netzformherstellung (PDM), wird von Melissa Orme, Qingbin Liu und Robert Smith an der University of California, Irvine, für Metalle verwendet.

Ihre Arbeit war mit Aluminium, aber es wird erwartet, dass das Verfahren für eine Vielzahl von Metallen geeignet ist. Das geschmolzene Aluminium wird in einem mit Graphit ausgekleideten Kanister mit einer vibrierenden Kolbenstange in der Mitte gehalten. Störungen durch die Kolbenstange bewirken, dass gleichförmige Aluminiumtröpfchen abbrechen und den Kanister durch ein kleines Loch im Boden verlassen. Mit anderen Worten, es spritzt Perlen aus geschmolzenem Aluminium heraus. Diese Perlen kühlen beim Austritt schnell ab und können verwendet werden, um Objekte auf die gleiche Weise wie Kunststoff zu bauen. Dieses Verfahren wird immer noch verfeinert, es gibt jedoch andere im kommerziellen Einsatz befindliche Zusatzverfahren, wie beispielsweise selektives Lasersintern (SLS).

Beim SLS-Verfahren wird eine Schicht Pulver auf das Bett gelegt. Ein Laser zeichnet dann die Form des gewünschten Objekts über dem Pulver nach und verschmilzt es. Zusätzliche Schichten werden gelegt und dann verschmolzen, wodurch das Objekt entsteht. Dieser Prozess kann mit zahlreichen Materialien durchgeführt werden, einschließlich Kunststoffen und Metallen.

Eine sehr ähnliche Technik wird in den EBM-Maschinen (Elektronenstrahlschmelzen) von Arcam verwendet, bei denen ein im Vakuum arbeitender Elektronenstrahl Titan- oder Chrompulver verschmilzt. Während Laser und Elektronenstrahlen eine relativ hohe Eintrittsbarriere darstellen, können dieselben Konzepte auf eine einfache Heißluftpistole angewendet werden. Das CandyFab-Projekt (candyfab.org) verwendet ein Luftheizelement mit $ 10, 500 W, um aus reinem Zucker gefertigte Modelle mit hervorragenden Ergebnissen zu verbinden (siehe MAKE, Band 12, Seite 38).

Alle diese 3D-Drucktechniken haben ein wichtiges Merkmal: Sie benötigen ein kartesisches 3-Achsen-System, um das Werkzeug zu positionieren, unabhängig davon, ob es sich bei diesem Werkzeug um eine Spritze oder eine Fokussierlinse handelt. Bauen Sie eine Plattform, und Sie können mit allem experimentieren, von Keksteig bis zum Lasersintern.

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