Digitale Modellierung und Fertigung

Digitale Modellierung und Fertigung ist ein Entwurfs- und Produktionsprozess, der 3D-Modellierung oder computergestütztes Design (CAD) mit additiven und subtraktiven Fertigungsverfahren kombiniert. Die additive Fertigung ist auch als 3D-Drucken bekannt, während die subtraktive Fertigung auch als Bearbeitung bezeichnet werden kann und viele andere Technologien ausgenutzt werden können, um die entworfenen Objekte physikalisch herzustellen.

Das Wort Digital Modeling oder Digital Fabrication bezieht sich auf den Prozess, mit dem Sie solide und dreidimensionale Objekte aus digitalen Designs erstellen können. Dieser Prozess, der in der Fertigung für die schnelle Erstellung von Modellen und Prototypen weit verbreitet ist, kann verschiedene Herstellungstechniken nutzen, sowohl additive (wie 3D-Drucken) als auch subtraktive Techniken wie Laserschneiden und -fräsen.

Im Allgemeinen zeichnen sich die für die digitale Modellierung verwendeten Maschinen durch Benutzerfreundlichkeit und relativ geringe Kosten aus; Diese Elemente haben zusammen mit der Verbreitung von Software für das Design und die Modellierung der einfachen Nutzung mehrere internationale Beobachtungsstellen dazu veranlasst, die Verbreitung des Fabbings auch für nicht professionelle Nutzer vorzusehen. Dieses Phänomen, genannt “Personal Fabrication”, wird auch durch die Entstehung von Communities, in denen digitale Zeichnungen geteilt und von den Nutzern frei verfügbar gemacht werden, sowie durch Dienste, die den direkten Zugriff auf einige Technologien der digitalen Fabrikation oder sogar durch austauschbare Communities ermöglichen, geschürt Erfahrungen in der Erstellung von Prototypen oder digitalen Artefakten.

Modellieren
Digital gefertigte Objekte werden mit einer Vielzahl von CAD-Softwarepaketen erstellt, wobei sowohl 2D-Vektorzeichnung als auch 3D-Modellierung verwendet werden. Arten von 3D-Modellen umfassen vier Modelle Drahtmodell, Volumenkörper, Oberfläche und Netz. Ein Design verfügt über einen oder mehrere dieser Modelltypen.

Maschinen für die Herstellung
Drei Maschinen sind beliebt für die Herstellung:

1. CNC-Router
2. Laserschneider
3. 3D Drucker

CNC-Router
CNC steht für Computer Numerical Control. CNC-Fräser oder Fräser enthalten eine proprietäre Software, die 2D-Vektorzeichnungen oder 3D-Modelle interpretiert und diese Informationen in einen G-Code umwandelt, der bestimmte CNC-Funktionen in einem alphanumerischen Format darstellt, die die CNC-Mühle interpretieren kann. Die G-Codes treiben eine Werkzeugmaschine an, eine angetriebene mechanische Vorrichtung, die typischerweise zum Herstellen von Komponenten verwendet wird. CNC-Maschinen werden nach der Anzahl der Achsen klassifiziert, die sie besitzen, wobei 3-, 4- und 5-Achs-Maschinen alle gemeinsam sind und Industrieroboter mit bis zu 9 Achsen beschrieben werden. Besonders erfolgreich sind CNC-Maschinen beim schnellen Fräsen von Materialien wie Sperrholz, Kunststoff, Hartschaum und Metall. CNC-Maschinenbetten sind typischerweise groß genug, um es zu ermöglichen, 4 ‘× 8’ (123 cm × 246 cm) Materialbahnen, einschließlich Schaum, der mehrere Zoll dick ist, zu schneiden.

Laserschneider
Der Laserschneider ist eine Maschine, die mit einem Laser Materialien wie Spanplatte, Matte Board, Filz, Holz und Acryl bis zu einer Dicke von 1 cm (3/8 Zoll) schneidet. Der Laserschneider ist oft mit einer Treibersoftware gebündelt, die Vektorzeichnungen interpretiert, die von einer beliebigen Anzahl von CAD-Softwareplattformen erzeugt werden.

Der Laserschneider ist in der Lage, die Geschwindigkeit des Laserkopfes sowie die Intensität und Auflösung des Laserstrahls zu modulieren und somit sowohl Material zu schneiden als auch zu ritzen, sowie approximative Rastergrafiken.

Aus Materialien ausgeschnittene Objekte können bei der Herstellung von physischen Modellen verwendet werden, die nur die Montage der flachen Teile erfordern.

3D-Drucker
3D-Drucker verwenden eine Vielzahl von Methoden und Technologien, um physische Versionen digitaler Objekte zu erstellen. In der Regel können Desktop-3D-Drucker kleine plastische 3D-Objekte erstellen. Sie benutzen eine Rolle von dünnem Plastikfaden, schmelzen den Plastik und legen ihn dann genau ab, um abzukühlen und auszuhärten. Sie bauen normalerweise 3D-Objekte von unten nach oben in einer Reihe von sehr dünnen horizontalen Plastikschichten. Dieser Prozess passiert oft im Laufe von mehreren Stunden.

Fused Deposition Modeling
Fused Deposition Modeling, auch bekannt als Fused Filament Fabrication, verwendet ein 3-Achsen-Robotersystem, das Material, typischerweise ein Thermoplast, eine dünne Schicht auf einmal extrudiert und progressiv eine Form aufbaut. Beispiele für Maschinen, die diese Methode verwenden, sind die Dimension 768 und der Ultimaker.

Stereolithographie
Die Stereolithographie verwendet einen Lichtprojektor mit hoher Intensität, üblicherweise unter Verwendung der DLP-Technologie, mit einem lichtempfindlichen Polymerharz. Es projiziert das Profil eines Objekts, um eine einzelne Schicht zu bilden und das Harz zu einer festen Form auszuhärten. Dann wird der Drucker das Objekt um einen kleinen Betrag aus dem Weg bewegen und das Profil der nächsten Ebene projizieren. Beispiele für Geräte, die diese Methode verwenden, sind der Form-One-Drucker und Os-RC Illios.

Selektives Lasersintern
Selektives Lasersintern verwendet einen Laser, um die Form eines Objekts in einem Bett aus fein pulverisiertem Material zu verfolgen, das durch Anwendung von Wärme von dem Laser zusammengeschmolzen werden kann. Nachdem eine Schicht mit einem Laser verfolgt wurde, werden das Bett und das teilweise fertiggestellte Teil aus dem Weg bewegt, eine dünne Schicht des pulverisierten Materials wird ausgebreitet und der Vorgang wird wiederholt. Typische verwendete Materialien sind Alumid, Stahl, Glas, Thermoplaste (insbesondere Nylon) und bestimmte Keramiken. Beispielhafte Geräte sind der Formiga P 110 und der Eos EOSINT P730.

Puderdrucker
Pulverdrucker arbeiten in ähnlicher Weise wie SLS-Maschinen und verwenden typischerweise Pulver, die durch den Auftrag eines flüssigen Bindemittels, das über einen Tintenstrahldruckkopf zugeführt wird, gehärtet, gehärtet oder auf andere Weise fest gemacht werden können. Übliche Materialien sind Gips, Ton, Puderzucker, Holzfüllstoff-Bindemittelkitt und Mehl, die typischerweise mit Wasser, Alkohol, Essig oder einer Kombination davon gehärtet werden. Der Hauptvorteil von Pulver- und SLS-Maschinen ist ihre Fähigkeit, alle Teile ihrer Objekte während des gesamten Druckprozesses kontinuierlich mit unbedrucktem Pulver zu unterstützen. Dies ermöglicht die Herstellung von Geometrien, die sonst nicht leicht erzeugt werden. Diese Drucker sind jedoch oft komplexer und teurer. Beispiele für Drucker, die diese Methode verwenden, sind die ZCorp Zprint 400 und 450.