3D-Modellierung ist heute eine sehr beliebte Entwicklungs- und Multitasking-Richtung in der Computerindustrie. Die Erstellung virtueller Modelle von etwas ist aus der modernen Produktion nicht mehr wegzudenken.
Moderne Technologien stehen nicht still und in verschiedenen Wissenschaftsbereichen werden täglich neue Dinge erfunden. Ein solches Know-how ist ein 3D-Drucker. Die Erfindung dieses Geräts ermöglicht die Erstellung einzigartiger 3D-Modelle, deren Verwendung in jeder Branche möglich ist, vom Bau bis zur Medizin.
Die Geschichte des 3D-Druckers und was ist das?
Tatsächlich sind industrielle 3D-Drucker schon vor langer Zeit aufgetaucht, aber ihre Existenz wurde nicht so für die breite Bevölkerung beworben. Das erste 3D-Modell erschien bereits 1985. Der Drucker war leicht funktionstüchtig und schwarz-weiß gedruckt. Bereits 1988 begann die Produktion von Farbmodellen. Im Moment gibt es eine Vielzahl von Modellen, die auf einer Vielzahl von Materialien arbeiten. Im Jahr 2000 konnten 3D-Drucker nur mit ABC-Kunststoff arbeiten. Und heute hat sich das Materialspektrum auf mehrere hundert Materialien erweitert. Dazu gehören: Acryl, Beton, Hydrogel, Papier, Gips, Eis usw.
Bereits 2005 erschien ein Druckermodell, das die Erstellung von Farbmodellen ermöglichte. Dieses Gerät kann die meisten Komponenten des Modells drucken. 2014 erschien der erste Drucker mit einer riesigen Druckfläche. Diese Entwicklung ermöglicht die Erstellung von Modellen unbegrenzter Größe. Es wurde bereits versucht, ein Betonhaus in voller Größe zu drucken.
Es dauerte nicht länger als einen Tag, um ein solches Bauwerk zu errichten. Bereits 2016 wurde in Dubai das erste 3D-gedruckte Gebäude präsentiert. Im Februar 2017 enthüllte Russland zudem ein komplett auf der Baustelle gedrucktes Haus. In diesem Jahr wurde zudem ein Sechs-Achs-Drucker entwickelt, mit dem sich komplexe Elemente ohne Stützstrukturen deutlich einfacher drucken lassen. Derzeit läuft die Entwicklung von Druckern, die menschliche Organe, Prothesen, Implantate, Autokarosserien und sogar Lebensmittel drucken können, auf Hochtouren.
Was ist ein 3D-Drucker und welche Funktionen erfüllt er?
Ein 3D-Drucker ist ein spezielles Gerät zur Erstellung dreidimensionaler Modelle. Mit dieser Maschine können Sie dreidimensionale Modelle in verschiedenen Größen erstellen. Durch die Ausgabe von Informationen in dreidimensionaler Form haben alle erhaltenen Objekte reale physikalische Parameter.
Wie funktioniert ein 3D-Drucker und wie entstehen echte 3D-Modelle?
Wenn wir die Arbeit eines 3D-Druckers allgemein beschreiben, gibt es mehrere Hauptphasen seiner Arbeit:
- Erstellung eines 3D-Modells in einem Grafikprogramm. In diesem Stadium wird das Modell am Computer mit speziellen virtuellen Vorlagen erstellt.
- Aufteilen des Modells in Schichten.
- Die nächste Stufe bezieht sich auf den Betrieb des Druckers selbst. Es bildet Schicht für Schicht eine Masse aus einem speziellen Pulver, das zur weiteren Modellbildung verwendet wird. Es entsteht eine spezielle Kammer, die mit Kunststoff gefüllt ist.
- Nach jeder Schicht wird das Material mit einer Klebeschicht geschmiert, die dem zukünftigen Modell Festigkeit verleiht.
Arten der 3D-Modellierung
In diesem Bereich entwickeln sich moderne Technologien in mehrere Richtungen:
- stereolithographische Technologien, die als STL abgekürzt werden. Ein weit verbreitetes Dateiformat zum Speichern von dreidimensionalen Modellen von Objekten zur Verwendung in additiven Technologien.
- thermoplastische Auftragsverfahren - FDM. Modellierung von Modellen durch schichtweise Abscheidung von Material.
- Lasersintern - SLS. Technologie (SLS) beinhaltet die Verwendung von einem oder mehreren Lasern (normalerweise Kohlendioxid), um Partikel eines pulverförmigen Materials zu sintern, um ein dreidimensionales physikalisches Objekt zu bilden.
Heute ist das Verfahren der schichtweisen Abscheidung das beliebteste und in der Industrie am weitesten verbreitete Verfahren.
Die Hauptvorteile dieser Methode sind:
- Verwendung hochwertiger und kostengünstiger Materialien;
- einfache Operationstechnik;
- Umweltfreundlichkeit der verwendeten Materialien.
Laser-Stereolithographie
Diese Art der 3D-Modellierung ist in der Zahnprothetik weit verbreitet. Eine Besonderheit dieser Druckart ist die Herstellung hochwertiger Objekte. Solche Ergebnisse werden dank der Verwendung von Geräten erzielt, die in einem Dimensionsraster arbeiten, das in Mikrometern berechnet wird.
Wie funktionieren solche Geräte?
Der funktionale Teil solcher Geräte basiert auf LED-UV-Projektoren. Im Inneren dieser 3D-Drucker befinden sich filigrane Spiegel, die für eine präzise Ablenkung der Strahlen sorgen. dadurch erfolgt keine sequentielle, sondern eine vollständige Belichtung der Konturschichten.
Lasersintern
Lasersintern oder SLS-Technologie ist eine andere Art der Lasermodellierung. Für den Betrieb verwenden solche Geräte niedrig schmelzenden Kunststoff. Basis der einzigartigen Entwicklung ist ein leistungsstarker Laser, der die Konturen auf einer Kunststoffunterlage nachzeichnet und das Material verschmilzt. Der Vorgang wird wiederholt, bis ein vollständiges Modell erhalten wird. Ein wesentlicher Nachteil des Lasersinterns ist die Porosität der resultierenden Modelle. dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Festigkeit. Es wird angenommen, dass die mit dieser Methode erhaltenen Modelle die langlebigsten sind. Die Installation zum Lasersintern ist ziemlich teuer, und der Prozess der Modellbildung selbst dauert lange.
Welche Materialien werden verwendet, um 3D-Modelle zu erstellen?
Wie bereits erwähnt, ist das Hauptmaterial, das in 3D-Druckern verwendet wird, Thermoplast. Es ist in zwei Formaten erhältlich: ABS und PLA. Darüber hinaus sind solche Materialien wie Nylon, Polyethylen, Polycarbonat und andere Arten von Materialien, die in der Industrie verwendet werden, weit verbreitet.
Bei vielen 3D-Druckern werden mehrere Arten von Materialien gemischt und ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften kombiniert.
Installationen, die Metalle für ihre Arbeit verwenden, sind in ihrer Struktur komplexer. Der technologische Unterschied liegt in den Funktionen des Druckkopfes, der auf Basis eines Computerprogramms arbeitet. Mit ihrer Hilfe wird eine klebende Klebemasse an den Stellen aufgetragen, auf die das Computerprogramm zeigt. Anschließend trägt der Kopf eine dünne Schicht Metallpulver auf den gesamten Arbeitsbereich auf. Das heißt, das Metall schmilzt nicht wie bei Kunststoffen, sondern wird in Form kleinster Partikel schichtweise aufgetragen und verklebt.
Wissenswertes über 3D-Drucker
- 3D-Druck wird nicht nur in der Industrie verwendet, sondern ist auch in der Medizin, Küche und sogar im Weltraum weit verbreitet.
- Jedes Jahr wird der Preis für 3D-Drucker niedriger und erschwinglicher. Bald wird diese Technologie für fast jeden verfügbar sein.
- Das erste 3D-Modell wurde 1984 erstellt. Es wurde von Chuck Hill als Ergebnis der Stereolithographie erhalten.
- Vor nicht allzu langer Zeit wurden künstliche Organe mit einem 3D-Drucker hergestellt. Ohrprothesen waren die ersten Modelle.
- In naher Zukunft werden Wissenschaftler das erste menschliche Modell drucken.
- Die 3D-Modellierung wird dazu beitragen, die Produktionskosten zu senken, sodass die Fabrikproduktion bald unrentabel wird.
- 3D-Technologien werden in der Kinematografie schon sehr lange verwendet, um realistische Modelle zu erstellen.
- Wissenschaftler schlagen vor, dass mit Hilfe von 3D-Modellierung Roboter geschaffen werden können, die anstelle von Menschen den Weltraum erkunden.
- 3D-Modelle von Kleidern wurden der Welt bereits gezeigt. Model Dita Von Teese war der erste Star, der ein 3D-gedrucktes Kleid trug.
