Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Du hast bestimmt schon einmal von 3D-Druck gehört und das man damit mittlerweile fast alles herstellen kann. Aber weißt du auch, wie so ein 3D-Drucker funktioniert?

Das prinzipielle Verfahren ist, dass ein dreidimensionales Modell Schicht für Schicht aufgebaut wird. Benötigt werden dafür Materialien, die unter bestimmten Bedingungen ihre Eigenschaften ändern und beispielsweise schmelzen oder eben auch wieder aushärten. Weit verbreitet sind drei verschiedene Verfahren des 3D-Drucks. Die Stereolithographie, das Laser-Sintern und das Fused Deposition Modeling. In allen Fällen werden die Modelle bereits als 3D-Datei an den Drucker übermittelt. Bei der Stereolithographie kommt ein flüssiges Epoxidharz als Basismaterial zum Einsatz. Eine Hebebühne, die in einem Becken aus Epoxidharz angebracht ist fährt schrittweise von oben nach unten. In jedem Schritt wird mit einem Laser eine Schicht des Modells abgefahren. Überall, wo der Laser entlangfährt, härtet das Harz aus und am Ende entsteht eine dreidimensionale Struktur. Beim Laser-Sintern hingegen dient ein Kunststoffpulver als Ausgangsmaterial. Dieses Pulver kann mit Hilfe eines Lasers punktuell aufgeschmolzen werden und verhärtet anschließend sehr schnell wieder. Das Pulver wird hier mit Hilfe einer Rolle schichtweise aufgetragen und in jede Pulverschicht die entsprechende Struktur des Modells rein „gebrannt“. Überschüssiges Pulver kann am Ende abgebürstet werden. Das letzte Verfahren, das Fused Deposition Modeling, arbeitet etwas anders. Hier gibt es im Drucker ähnlich wie bei 2D-Druckern eine Düse, die einen vorher verflüssigten Kunststoff Schicht für Schicht auf das Modell aufträgt. Sobald der flüssige Kunststoff die Düse verlassen hat, härtet er aus und bildet somit das 3D-Objekt.

Grundsätzlich gibt es 3D-Drucker in allen Varianten und Größen von haushaltstauglichen Spielzeugen bis hin zu industriellen Großanlagen. Die sehr präzise Technik der 3D-Drucker wird immer weiter entwickelt, so dass mittlerweile erstaunliches damit „gedruckt“ werden kann.

 

Quellen:

https://www.printer-care.de/de/drucker-ratgeber/wie-funktioniert-ein-3d-drucker

https://www.tintenmarkt.de/Blog/Der-3D-Druck-was-ist-das-und-wie-funktioniert-er-1538

https://praxistipps.chip.de/wie-funktioniert-ein-3d-drucker-verstaendlich-erklaert_45124

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Darf Metall in die Mikrowelle?

Ein auch im Internet sehr heiß diskutiertes Thema: Darf Metall in die Mikrowelle? Kann  ich den Löffel in der Milchtasse lassen, wenn ich diese in der Mikrowelle erwärme? Hierüber ranken sich viele Mythen und Theorien. Diese reichen von „man soll sogar einen Löffel ins Getränk legen“ bis hin zu „auf keinen Fall, da kann die Mikrowelle explodieren“.

Wie in den meisten Fällen, haben alle Aussagen irgendwo ihren begründeten Ursprung und es kursieren etliche Videos im Internet von Leuten, die selber mit Metall in der Mikrowelle experimentiert haben. Grundsätzlich sollte man an dieser Stelle sagen, dass es in manchen Fällen nicht zu empfehlen ist und es eigentlich keinen Grund gibt, Metall „sinnlos“ in der Mikrowelle zu platzieren. Allerdings wirklich gefährlich ist es in der Regel nicht. Entscheidend ist tatsächlich die Form des Metalls. Grundsätzlich werden nämlich durch die Mikrowellen in Metallen elektrische Ströme erzeugt. (Funktionsweise einer Mikrowelle) Die Mikrowellen regen die im Metall frei beweglichen Elektronen zur Bewegung an und bewegte Elektronen sind Strom. Stromfluss in Metallen führt erst einmal dazu, dass sich das Metall erhitzt. Nun ist es aber so, dass dieser Stromfluss sich vor allem auf die Kanten oder Spitzen des Metalls konzentriert. Durch die dabei entstehenden hohen Spannungen, kann es tatsächlich zu Funkenflügen kommen. Vor allem wenn sich zwei solcher Kanten sehr nahe kommen. Klassisches Beispiel hierfür ist eine Gabel. Die Zinken bieten optimale Eckpunkte für den Stromfluss und liegen direkt nebeneinander, weshalb es bei Gabeln in der Mikrowelle schnell zu Funkenflug kommt. Kritisch sind auch sehr dünne Metallbeschichtungen auf Geschirr, wie beispielsweise ein Goldrand auf einem Teller. Diese dünnen Schichten können so heiß werden, dass sie anfangen zu schmelzen. Ein Löffel hingegen verteilt die Ladungen, die durch die Mikrowellen entstehen recht gut. Allerdings sollte dieser auch nicht zu nah am Gehäuse der Mikrowelle entlanglaufen. Dieses ist nämlich auch aus Metall und bei sehr kurzem Abstand kann es auch hier zu Funkenflug kommen.

Wissenschaftler des Frauenhofer Instituts haben außerdem getestet, wie sich gefüllte Aluminiumschalen in der Mikrowelle verhalten. Fertiggerichte sind oft in solchen Schalen verpackt und werden gerne einfach so in die Mikrowelle gestellt. Dies ist nach der Aussage der Wissenschaftler auch ohne Bedenken möglich. Entscheidend hierbei ist, dass die Behälter befüllt sein müssen, damit das Metall nicht mit sich selber interagieren kann.

Auch wenn Funkenschlag in der Mikrowelle sicher nicht zu längeren Lebenserwartung des Geräts beiträgt, so ist auch nicht jeder Funke in der Mikrowelle gleich eine potentielle Explosionsquelle. Sollten beim Betrieb der Mikrowelle doch einmal Funken im Inneren zu sehen sein, kann das Gerät ganz einfach abgeschaltet werden und die Funkenquelle entfernt werden. Wer seine wertvollen Goldrandteller, die er von seiner Urgroßmutter geerbt hat, in die Mikrowelle stellt, wird sich allerdings schnell ärgern. Ein geschmolzener Goldrand ist wohl kaum noch zu retten.

 

Quellen:

https://www.haz.de/Nachrichten/Wissen/Uebersicht/Darf-Metall-in-die-Mikrowelle

https://www.ekitchen.de/kuechengeraete/mikrowelle/ratgeber/loeffel-in-der-mikrowelle-557491.html

Warum streut man im Winter Salz?

Jeder weiß, dass Streusalz dazu führt, dass Eis und Schnee auf der Straße oder dem Gehweg schmelzen. Doch warum ist das so? Was macht das Salz mit dem Eis, damit es taut?

Zuerst muss man wissen, dass flüssiges Wasser und festes Eis, also die beiden Aggregatzustände von Wasser (H₂O), immer in einem, von der Temperatur abhängigen, Gleichgewicht vorliegen. Das heißt, dass sich selbst bei Minusgraden auf dem Eis ein leichter Film aus flüssigem Wasser befindet. Wenn man nun Kochsalz (NaCl – Natriumchlorid) auf das Eis streut, will sich das Salz in dem Wasser lösen. Das tut es auch und entzieht dem Eis somit seinen Wasserfilm. Das Streben nach dem genannten Gleichgewicht sorgt dafür, dass ein Teil des Eises schmilzt und einen neuen Wasserfilm bildet. Jetzt kann sich noch mehr Salz im Wasser lösen. Das Ganze geht so lange, bis das komplette Eis geschmolzen ist, vorausgesetzt man hat entsprechend viel Salz gestreut.

Wie kommt es aber, dass das jetzt vorhandene, flüssige Wasser mit dem Salz nicht einfach wieder gefriert? Die Temperatur liegt ja schließlich immer noch unter 0°C.

Hierfür ist die Gefrierpunkt absenkende Wirkung des Salzes verantwortlich. Eine Lösung von Salz in Wasser besitzt einen niedrigeren Gefrierpunkt als reines Wasser. So kann es also sein, dass die flüssige Kochsalzlösung bei -10°C immer noch nicht gefriert. Der Gefrierpunkt einer gesättigten Kochsalzlösung (gesättigt bedeutet, dass die maximale Menge an NaCl im Wasser gelöst ist) liegt bei etwa -21°C. Unterhalb dieser Temperatur würde also das Salzstreuen nicht mehr zum Auflösen des Eises führen und hätte nur noch eine ähnliche „Antirutschwirkung“ wie Sand oder Streugut.

Man sollte aber immer im Hinterkopf behalten, dass Salz bzw. NaCl- Lösungen in größeren Mengen schädlich für die Umwelt sind. Außerdem trägt es zur Korrosion von Asphalt und Metallen, beispielsweiße an Brücken oder Autos, bei. Aus diesem Grund wird immer häufiger auf den Einsatz von Kochsalz im Winterdienst verzichtet.