3D-Drucker(7) |
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Noch sehen Sie Ihre neue Blumenvase nur auf dem Bildschirm Ihres Computers. Ein Knopfdruck genügt, und Ihr 3D-Drucker erwacht zum Leben und beginnt damit, Ihre Kreation Schicht um Schicht aufzubauen. Nach weniger als einer Stunde halten Sie die fertige Designervase in Ihren Händen – aus einem zweidimensionalen Modell wurde ein dreidimensionales Objekt zum Anfassen. Genauso verfahren Sie auch mit anderen schönen Dingen oder Gebrauchsgegenständen – vom Spielzeug für Ihre Kids über Ersatzteile für die Karosserie Ihres Modellautos bis hin zum passgenauen Ersatzteil für den Schließmechanismus der Kühlschranktür. Dieser Ratgeber verrät Ihnen, wie 3D-Drucker funktionieren, was man alles damit machen kann und welches Gerät sich für Ihre Privatfabrik eignet.
> 3D-Objekte selbst gemacht
> So erschafft ein 3D-Printer solide Objekte
> Darauf sollten Sie beim Druckerkauf achten
> So werden Daten zu Objekten: Verbrauchsmaterialien und Software
> Fazit: Der passende Drucker für Ihre eigene 3D-Fabrik
Mit einem 3D-Drucker erschaffen Sie eigene Objekte in drei Dimensionen. Lassen Sie Ihrer Kreativität freien Lauf und kreieren Sie Figuren, Modelle oder Gebrauchsgegenstände in hoher Qualität und in verschiedenen Farben. Dabei ist die Bedienung eines solchen Hightech-Geräts bei Weitem nicht nur Experten vorbehalten. Selbst unerfahrene Nutzer halten bereits nach wenigen Stunden ihre erste Kreation in den Händen. Und preislich sind 3D-Printer in erschwingliche Regionen vorgedrungen, sodass Sie bereits preisgünstig Ihre eigene Produktionsstätte errichten können.
Die Anwendungsfelder für 3D-Drucker sind vielfältig. Das Spektrum reicht von Spielzeugfiguren über Modellbau-Utensilien bis hin zu Gegenständen des täglichen Gebrauchs wie Tassen, Vasen oder Smartphone-Hüllen. Sogar mechanisch-funktionelle Geräte lassen sich drucken – von der Kamera bis hin zur Flugzeugturbine. Dazu drucken Sie einfach Bauteile oder Gehäusekomponenten separat aus und fügen diese Einzelteile zu einem funktionierenden Ganzen zusammen. Auch kreative Naturen profitieren von einem 3D-Printer: Die Form filigraner Kunstwerke, bestechender Schmuckkreationen und ansprechender Skulpturen ist nur durch ihre Fantasie begrenzt.
Ein 3D-Drucker baut Material Schicht um Schicht auf. Das spart Werkstoff und vermeidet Abfall. Stellen Sie sich eine Spritzgießmaschine vor, die den Werkstoff nicht in eine Form presst, sondern Schritt für Schritt nur dort aufträgt, wo er benötigt wird. Diese intelligente Konstruktionsweise realisiert der 3D-Drucker. Folgende Methoden gibt es:
Für die Herstellung von Gegenständen aus digitalen Modellen gibt es mehrere Verfahren. Die meisten Geräte für den Heimgebrauch arbeiten nach der sogenannten Fused-Deposition-Modeling-Methode, kurz FDM. Dieses Verfahren ähnelt der Funktionsweise einer Klebepistole. Ein Kunststoffdraht wird im Druckkopf aufgeschmolzen und durch eine Düse gepresst, die im Fachjargon als Extruder bezeichnet wird. Davon abgesehen funktionieren 3D-Printer ähnlich wie Tintenstrahldrucker oder Laserdrucker, außer dass sich ihr Druckkopf und die Druckfläche nicht nur in einer Ebene zueinander, sondern in allen drei Raumrichtungen bewegen. Außerdem haftet das verarbeitete Material nur während des Druckvorgangs auf dem Träger und bildet anschließend ein eigenständiges, greifbares Objekt in drei Dimensionen.
Auch bei den FDM-3D-Druckern gibt es Unterschiede. Die meisten verwenden einen dünnen Kunststoffdraht für die Zuführung des Druckmaterials. Sie werden als Fused-Filament-Fabrication- oder FFF-Drucker bezeichnet. Einzelne Hersteller verwenden aber auch andere Formen, beispielsweise kurze Stäbchen – sogenannte Filamente –, die sich mittels kleiner Häkchen an den Enden zu einem quasi endlosen Strang verketten. Ihr Vorteil ist, dass sie in vielen verschiedenen Druckern einsetzbar und in einer großen Auswahl an Farben und Kunststoffen lieferbar sind. Es gibt allerdings auch hier Unterschiede im Durchmesser der Kunststoffdrähte, der zwischen 1,75 und 3 mm beträgt. In diesem Zusammenhang kommen noch weitere Unterschiede zwischen 3D-Druckern zum Tragen, zum Beispiel die Auswahl an Werkstoffen, die sie verarbeiten können, sowie die Möglichkeit, verschiedene Materialien gleichzeitig zu drucken.
Aufgrund des Druckverfahrens können FDM-Drucker nur Werkstoffe verarbeiten, die beim Erhitzen flüssig werden. Im Folgenden werden die gängigsten Materialien vorgestellt.
Die Palette an Werkstoffen wird ständig um neue Druckmaterialien erweitert – beispielsweise Kunststoffe mit eingebettetem Metallpulver sowie holz- oder steinartige Rohstoffe. Neben harten und biegsamen Kunststoffen verarbeiten einige 3D-Drucker auch elastische und gummiartige Werkstoffe. Das Druckmaterial ist üblicherweise auf Spulen gewickelt, die ein problemloses Verarbeiten ermöglichen. Da der Austausch des Filaments eine Unterbrechung des Druckvorgangs erfordert, entsteht jeder 3D-Druck nur aus einem einzigen Material – es sei denn, Ihr Drucker hat mehr als eine Düse im Druckkopf.
Da 3D-Drucker immer beliebter und auch preiswerter werden, wächst das Angebot in verschiedenen Preis- und Leistungsklassen. Bei der Auswahl des für Ihre Zwecke passenden Modells sollten Sie auf die folgenden Punkte achten:
Mit dem Kauf eines Bausatzes können Sie Geld sparen, sollten jedoch die Zeit und das nötige Geschick für den Zusammenbau der Einzelteile mitbringen. Druckerbausätzen haben meist eine offene Konstruktion – die entweichende Hitze führt zu einem höheren Energieverbrauch und der Geruch von geschmolzenem Kunststoff kann sich leichter verbreiten. Fertiggeräte sind zwar etwas teurer als Bausätze, verfügen jedoch meist über Gehäuse mit dicht schließenden Türen.
Preiswerte und oftmals sehr kompakte 3D-Drucker können nur kleine Objekte mit einer Kantenlänge von maximal 11 cm herstellen. Das liegt am Volumen des Druckraums, den sich Werkstück, Druckbett, Extruder und Führungsmechanik teilen. Drucker im mittleren Preissegment bieten Platz für Objekte mit einer Kantenlänge von 20 bis 30 cm, wobei die maximale Objekthöhe oftmals geringer ausfällt als die Länge und Breite. Profimodelle bieten sehr hohe Druckräume für Objekthöhen von bis zu 40 cm.
Die Abmessungen der Bodenplatte limitieren die druckbare Objektgröße. Achten Sie darauf, ob das Druckbett mit einer Beschichtung zum leichten Entnehmen des fertigen Werkstücks ausgestattet ist. Beheizbare Bodenplatten sorgen für gleichmäßigere Druckergebnisse: Sie erlauben die Verwendung nahezu aller verfügbaren Filamente, da manche Materialien nur mit der entsprechenden Unterhitze korrekt verarbeitet werden können und auf einem kalten Druckbett schrumpfen würden.
Beim 3D-Druck wird zwischen der 2D-Auflösung (Länge und Breite oder x- und y-Achse) und der Auflösung der Höhe (z-Achse) unterschieden. Letztere ist durch die Präzision der Mechanik vorgegeben, die das Druckbett während des Druckvorgangs in ganz feinen Schritten nach unten fahren lässt. Gute 3D-Drucker erzielen Auflösungen von 0,01 mm für die x- und y-Achse sowie 0,005 mm für die z-Achse. Preiswerte Modelle erzielen zwar im x- und y-Bereich ähnlich gute Werte, verfügen aber über deutlich gröbere z-Werte, die bis zu 0,1 mm betragen können. Das klingt zwar nach sehr wenig, doch die daraus resultierende Schichthöhe kann deutlich sichtbare Abstufungen an den Rändern des Werkstücks verursachen.
3D-Drucker gehen vergleichsweise gemütlich zu Werke, was am komplexen Aufbau des Werkstücks in Tausenden Schichten, die jeweils nur wenige Mikrometer hoch sind, liegt. Gängige 3D-Printer für den Hausgebrauch schaffen zwischen 30 und 60 mm pro Sekunde, wobei die Geschwindigkeit in der Praxis oft niedriger ausfällt als vom Hersteller angegeben. So kann die Produktion eines großen Objekts zehn Stunden und mehr in Anspruch nehmen. Hinzu kommt, dass mit der Komplexität der Vorlage auch die Druckzeit stark ansteigen kann. Aus diesem Grund sind die Herstellerangaben lediglich als grobe Richtwerte für den direkten Vergleich mehrerer infrage kommender Modelle anzusehen.
Eine zweite Druckdüse ermöglicht nicht nur den Druck zweifarbiger Gegenstände, sie erleichtert auch die Fertigung komplizierter und besonders filigraner Objekte, die während des Druckvorgangs nicht stabil genug sind. Mit der zweiten Düse können Sie beispielsweise auch ein wasserlösliches Stützmaterial drucken, das Sie im Anschluss an den Druckvorgang ganz einfach auswaschen.
Filamente mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung verfügen über verschiedene Schmelzpunkte. So lassen sich die verbreiteten PLA- und PVA-Filamente bei Temperaturen zwischen 190 und 230 Grad verarbeiten, während das stabile und beständige ABS-Filament 235 bis 265 Grad benötigt. Ein Extruder, der den Temperaturbereich zwischen 180 und 260 Grad beherrscht, eignet sich für nahezu alle verfügbaren Filamente inklusive Spezialtypen mit Holz- oder Metallanteilen.
Tipp: Viele Hersteller versorgen Sie mit Listen der Materialien, die das jeweilige Modell verarbeiten kann. Die entsprechenden Angaben finden sich normalerweise auf der betreffenden Hersteller-Website.
Einige 3D-Drucker verfügen neben dem standardmäßigen USB-Anschluss über eine Schnittstelle für Speicherkarten im SD-Format, sodass Sie den Druck auch unabhängig von einem angeschlossenen Computer vornehmen können. Dazu übertragen Sie lediglich die entsprechenden Modelldateien auf die Speicherkarte, stecken diese in den Drucker und geben die entsprechenden Befehle über die Bedientasten oder das integrierte Display ein. Moderne Geräte klinken sich kabellos ins WLAN ein und erlauben damit sogar die Datenübertragung vom Smartphone oder Tablet. Für den professionellen Einsatz empfiehlt sich ein Modell mit Ethernet-Netzwerkschnittstelle. Damit können Sie beispielsweise den Drucker im Hobbykeller über das kabelgebundene Heimnetzwerk mit Daten vom Computer im ersten Stock füttern.
Für einen 3D-Ausdruck brauchen Sie zunächst ein Filament aus einem geeigneten Werkstoff und in der Farbe, die Ihr Werk haben soll. Bei den Farben stehen Ihnen verschiedene Volltöne, Schwarz, Weiß und Grau sowie transparente Filamente, aber auch fluoreszierende Farben zur Verfügung. Dazu kommt gegebenenfalls noch ein wasserlösliches Stützmaterial, wenn Ihr Drucker es verarbeiten kann und das Modell es erfordert.
Damit ein 3D-Printereinen Gegenstand herstellen kann, benötigt er genaue Anweisungen, an welchen Stellen und in welcher Reihenfolge er das Material auftragen soll. Diesen sogenannten G-Code erzeugen Sie mit einer speziellen Software auf dem Computer, die auch als Slicer (von englisch „to slice", „in Scheiben schneiden") bezeichnet wird. Ausgangspunkt ist im Allgemeinen ein dreidimensionales Bild. Die erforderlichen Daten erhalten Sie, indem Sie ein vorhandenes Objekt mit einem Scanner einlesen, ein fertiges Modell aus einer Online-Bibliothek herunterladen oder mit einer entsprechenden Software selbst ein Modell konstruieren. Die dritte Möglichkeit erfordert ein wenig Einarbeitung, hat aber den Vorteil, dass Sie Ihre eigenen Entwürfe exakt so umsetzen können, wie Sie möchten. Für die Erstellung solcher dreidimensionalen Modelle gibt es verschiedene, teils kostenlos erhältliche Programme. Viele Hersteller legen ihrem Drucker bereits eine passende PC-Software bei.
Verwandeln Sie Ihren Hobbyraum in eine Produktionsstätte für dreidimensionale Objekte – 3D-Drucker machen's möglich. Die Technologie ist mittlerweile so weit fortgeschritten, dass solche Geräte zu attraktiven Preisen erhältlich sind und sich auch von technisch weniger versierten Anwendern im Handumdrehen bedienen lassen.
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