Grundlagen: So funktionieren 3D-Drucker

3D-Drucker - GrundwissenHeute soll es um das Thema 3D-Drucker gehen, das zwar nicht neu ist, jedoch derzeit immer populärer wird. Ich schreibe “nicht neu”, da 3D-Drucker in der Industrie längst zum Alltag gehören. Das 3D-Druck-Verfahren wurde nämlich schon 1983, also vor gut 30 Jahren, von Chuck Hull erfunden und 1986 erstmalig patentiert.

Dennoch ist das Thema aktueller denn je, da die 3D-Druck-Technologie langsam aber stetig Einzug in die Privathaushalte hält. 3D-Drucker werden immer erschwinglicher und einer breiteren Masse zugänglich. So gibt es diese mittlerweile schon beim Kaffeehändler des Vertrauens.

Und da ich regelmäßig mit Arduino, RaspberryPi & Co bastele, reizt mich das Thema sehr. Denn was ist noch cooler als ein Stück selbst gebaute Hardware? Richtig! Ein Stück selbst gebaute Hardware mit passendem, selbst gedrucktem Gehäuse.

Und da 3D-Druck zwar in aller Munde ist, es jedoch gewaltige Unterschiede bei den Drucken und Drucktechniken gibt, möchte ich heute einmal Klarheit schaffen und das Thema 3D-Druck in seinen Grundzügen behandeln.

Wozu eignet sich ein 3D-Drucker?

Was kann ein 3D-Drucker, wozu eignet er sich und was kann ich damit anstellen?

In der Industrie werden 3D-Drucker hauptsächlich zur Erstellung von Prototypen und zur Produktion von Kleinserien genutzt. Im Privatbereich ist dies ein klein wenig anders. Zwar spricht generell nichts dagegen einen 3D-Drucker im Privatbereich zur Fertigung von Prototypen zu nutzen, jedoch wird der häufigste Zweck ein anderer sein.

So werden 3D-Drucker im Heimbereich hauptsächlich dazu genutzt, um Einzelstücke zu fertigen. Sei es ein Ersatzteil für die Küchenmaschine, ein individuelles Gehäuse für ein Bastel Projekt oder Dekoartikel. All dies ist mit einem 3D-Drucker möglich. Der Kreativität sind hierbei kaum Grenzen gesetzt. Lediglich die Größe der zu fertigen Stücke ist durch die Beschaffenheit des 3D-Druckers begrenzt.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker

Skulptur aus dem 3D-Drucker3D-Druck bezeichnet ein Verfahren zur Erstellung dreidimensionaler Objekte. Hierbei kann jedoch zwischen verschiedenen Druckverfahren unterschieden werden. Auf die drei populärsten Verfahren möchte ich im Folgenden kurz eingehen. Hierbei handelt es sich um das Fused Deposition Modeling, das Lasersintern und die Stereolithographie.

Beim Fused Deposition Modeling wird ein fester Werkstoff, meist aus Kunststoff, auch Filament genannt, in einer Düse, dem sogenannten Extruder, geschmolzen und Schicht für Schicht aufgetragen. Je nach Drucker und Düse kommen verschiedene Kunststoffe zum Einsatz. Die gängigsten sind hierbei ABS und PLA. Das Fused Deposition Modeling ist das gängigste Verfahren bei 3D-Druckern im Heimbereich. Je nach Preis und Qualität des 3D-Druckers sind die gedruckten Schichten zwischen Bruchteil eines Millimeters und einem halben Millimeter dick.

Bei der Stereolithographie beginnt der Druck mit einem flüssigen Werkstoff, genauer gesagt Kunstharz. Hierbei wird das Kunstharz punktuell mit einem UV-Laser belichtet worauf hin es ausgehärtet. Dieses Druckverfahren ist üblicherweise genauer als das Fused Deposition Modeling. Ein Problem bei der Stereolithographie ist jedoch, dass das restliche flüssige Kunstharz, welches nicht belichtet wird, nicht in der Lage ist das bereits belichtete und ausgehärtet Objekt zu tragen. Damit das gedruckte Objekt nicht in sich zusammenfällt, muss mit einem sogenannten Stützmaterial gearbeitet werden, welches nach dem Druck jedoch wieder entfernt werden muss.

Das Lasersintern funktioniert ebenfalls wie die Stereolithographie mithilfe eines UV-Lasers. Im Gegenteil zu Stereolithographie ist das Ausgangsmaterial jedoch nicht flüssig, sondern in Pulverform. Gedruckt werden kann mit Kunststoff als auch Metall. Das pulverfürmige Ausgangsmaterial wird mithilfe des UV-Lasers verschmolzen. Die Oberfläche des Produkts beim Lasersintern ist im Vergleich zur Stereolithographie zwar etwas rauer, dafür sind die Endprodukte im Vergleich zur Stereolithographie jedoch auch stabiler und flexibler.

Wo finde ich Vorlagen und Hilfe?

Im Gegenteil zu handelsüblichen 2D-Druckern benötigen 3D-Drucker 3D-Modell-Dateien als Eingangsmaterial. Diese können in diversen 3D-Designumgebungen oder CAD-Programmen gestaltet werden. Vor dem Druck müssen diese dann entweder in ein Standardformat oder in das Format des Druckerherstellers umgewandelt werden.

Wer selbst nicht im 3D-Design begabt ist oder sich nicht in die Materie einarbeiten möchte, der kann auf eines der vielen Angebote im Internet zurückgreifen, auf denen andere Nutzer ihre 3D-Modelle untereinander austauschen. Ein Beispiel hierfür ist die Webseite Thingiverse.

Was kostet ein 3D-Drucker?

CHIP Bestenliste 3D-DruckerEin Blick in die CHIP-Bestenliste zeigt, dass der Spielraum für 3D-Drucker im Heimbereich recht groß ist. Die untere Grenze liegt bei ca. 450€, das teuerste Gerät im Ranking liegt bei gut 2300€.

Aufgepasst: Teurer muss hierbei (wie bei vielen Dingen im Leben) nicht zwingend besser sein. Vor dem Kauf sollte man auf jeden Fall Testberichte und aktuelle Rankings zurate ziehen, da das Feld der 3D-Drucker für zu Hause noch relativ neu und die Technik noch einer steten Entwicklung unterworfen ist. Was vor 2 Monate aktuell war, muss es heute schon längst nicht mehr sein.

Wer nur ab und zu ein Kleinteil drucken möchte, bekommt jedoch auch für unter 1000€ schon brauchbare Geräte wie zum Beispiel den PP3DP UP! Mini für knapp 500€.

Wem selbst das noch zu teuer ist und wer bereit ist, selbst Hand anzulegen, der findet bei Google unter den Stichworten “DIY 3D Printer” auch Anleitungen zum Selbstbau eines 3D-Druckers. Hierbei werden häufig Teile aus alten Drucken und Scanner verwendet, um den Baupreis auf rund 100€ zu drücken. Um den Qualitätsgrad eines Fertigdruckers zu erreichen, ist hierbei jedoch mit einem erhöhten Zeitaufwand bei der Kalibration zu rechnen.

 

Die Artikelbilder stehen unter der CC-Lizenz und stammen von Mirko Tobias Schäfer.

Grundlagen: So funktionieren 3D DruckerÜber den Autor: Dieser Artikel, sowie 363 andere Artikel auf code-bude.net, wurden von Raffael geschrieben. – Seit 2011 blogge ich hier über Programmierung, meine Software, schreibe Tutorials und versuche mein Wissen, so gut es geht, mit meinen Lesern zu teilen. Zudem schreibe ich auf derwirtschaftsinformatiker.de über Themen meines Studiums.  //    •  • Facebook  • Twitter


11 Kommentare

  1. Markus Scholzsays:

    Ich habe mal einen 3D Druck auf der Technik Messe beobachtet. Eigentlich ganz interessant wenn man die Spielerei mag. Als normaler Hausdrucker jedoch zu aufwendig und zu teuer in der Anschaffung.

  2. Der 3D Druck wird immer professioneller und die dafür benötigten 3D Drucker immer günstiger. Coole Ideen lassen sich damit in 3D malen und es gibt mittlerweile vielfältige 3D Druck Beispiele als Vorlage. Als einen neuen Ablege der Technologie wird der 3D Stift immer beliebter. Neben Filament benötigt man dann nur noch den 3D Stift wie z.B. den 3Doodler. Anschließend kann man direkt loslegen. Es bleibt also spannend was uns die Zukunft noch an neuen Technologien bereit hält und was nach dem 3D Pen noch so kommt. Der Blog hier ist eine gute Möglichkeit informiert zu bleiben. Macht weiter so.

    • Ich würde den 3D Drucker Stift nicht als neuen Ableger bezeichnen, sondern eher als neue implementation alter Technologie, der 3D Stift funktioniert ja im Grunde wie eine Heisklebepistole. Das wirklich interessante, wenn es um den 3D Drucker geht ist schließlich die Präzision und die Möglichkeit aufwendige Modelle herstellen zu lassen.
      Ob spielerrei, oder ernst zu nehmende Anwendung unterscheidet sich da m.M.n. vorallem in der Wahl des Werkstoffes. Neben der kreativen Anwendung der ABS und PLA Filamente in den Stiften erfüllen die ja keinen praktischen Zweck.

      Allerdings dennoch tolle Dinger diese 3D Stifte :).

  3. Lisasays:

    Ich begeistere mich schon seit langem für den 3D Druck. Ich hoffe diese Geräte werden auch bald für den privaten Gebrauch erschwinglicher.

  4. Helge Bocherssays:

    Finde die Technologie sehr interessant, seine eigen Figuren herstellen :)

  5. Helge Bocherssays:

    Ich finde einen 3D-Drucker einfach super. Habe mir einen gekauft und der “Druckt” mir gerade Spielfiguren! Geile Sache!

  6. Mario Pichlersays:

    Ich spiele schon sehr lange mit dem Gedanken, mir einen 3D-Drucker anzuschaffen. Leider sind diese für den privaten Gebrauch mehr Hobby bzw. “Spielerei”, als der Nutzen tatsächlich vorhanden wäre. Mit besorgtem Auge sehe ich die Entwicklung der professionellen 3D-Drucker. Diese sollte in Zukunft strengeren Auflagen unterliegen.

    In den USA z.B. wurden mit 3D-Drucker bereits Schusswaffen nachgebaut, welche anschließend sogar funktionierten. Dies macht mir sehr viele Sorgen!

    • Ich sehe das nicht ganz so kritisch. Wie du schon festgestellt hast, braucht es mehr als den 3D-Drucker aus dem Media Markt neben an. Wer nun wiederum genug Geld für einen professionellen 3D-Drucker hat, der hätte dieses Geld auch gleich zum Kauf echter (und robusterer) Waffen ausgeben können. Ich denke hier ging es eher um das “ist es überhaupt machbar” als ernsthaft zu versuchen Waffen für die Verwendung in der Praxis zu drucken.

      • Holgersays:

        Naja aber man stelle sich vor die Drucker werden bezahlbarer und jeder kann sich ganz einfach Skulpturen drucken. Was wird dann aus den Künstlern? Ganz zu schweigen von anderen Branchen.

  7. Thorsten Geberssays:

    Mir macht diese Entwicklung sorgen. Klar gibt es viele Vorteile. Aber auch die gefährlichen Nachteile sind nicht zu vernachlässigen. Nichts desto trotz bringt diese Entwicklung der 3D Drucktechniken viele neu möglichkeiten in unser Heim. Mal schauen was daraus wird. Danke übrigens für den tollen Artikel.

  8. Die Technologie ist echt superinteressant. Aber für den privaten Gebrauch kann ich mir das derzeit einfach nicht vorstellen. Was sollte man damit machen. Hab neulich einen 3dDrucker im Geschäft bei uns um die Ecke gesehen. Die haben so als Beispiel aus Pappe ein paar Skulpturen damit fabriziert. Aber welchen Nutzen das am Ende für mich als Privatperson hat – kann ich mir noch nicht vorstellen.

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