3D Drucker: Wissenswertes über den 3D Druck

3D Drucker: Wissenswertes über den 3D Druck

Der Begriff 3D Druck ist inzwischen fast jedem bekannt. Doch was genau verbirgt sich hinter der Methode und für wen eignet sie sich? Der Artikel informiert über die Funktionsweise von 3D Druckern sowie über Einsatzgebiete, Ausstattung und Zubehör.

Der 3D Druck wird als Fertigungsmethode immer beliebter und erobert zahlreiche Einsatzfelder. Das erste Konstruktionsprogramm für den dreidimensionalen Druck entstand in den 1980er Jahren. Danach dauerte es nicht lange, bis der erste 3D Drucker im Handel erhältlich war. Inzwischen existieren verschiedene Drucktechnologien und Verfahren. Etabliert haben sich unter anderem das Lasersintern, das Fused Layer Modelling oder der 3D Siebdruck.

 

Was ist 3D Druck?

Mit dem 3D Printing, auch additive Fertigung genannt, werden dreidimensionale (3D) Werkstücke aller Art hergestellt. Dies erfolgt durch das schichtweise Auftragen des Materials nach einem zuvor am Computer erstellten Modell (CAD Datei). 3D Drucker und das nötige Zubehör sind für den privaten Gebrauch erhältlich, werden aber auch industriell und für wissenschaftliche oder medizinische Zwecke genutzt.

Bei den Materialien, die für das 3D Drucken zum Einsatz kommen, kann es sich um flüssige, pulverartige oder feste Stoffe handeln. Häufig werden Kunststoffe, Harze, Metalle, Gips, Keramik, Carbon oder Grafit genutzt. Das gewünschte Objekt entsteht nach und nach durch sich wiederholende Schmelz- und Härtungsprozesse.

Im Anschluss an den Druck findet meist eine Nachbearbeitung statt. Dazu zählen das Abschleifen von Kanten und das Säubern sowie die Veredelung (z. B. Färben oder Lackieren). 3D Drucker und Zubehör, wie das Filament, sind auch für den Hobbybereich erhältlich.

 

3D Druck: Einsatzgebiete

3D Drucker revolutionieren die Produktion. Für den privaten Gebrauch sollen sie kompakter werden, für industrielle Herstellungen soll der Druckraum bzw. Modellierungsraum erweitert werden, um den Druck auch großer Bauteile zu ermöglichen. Gerade metallverarbeitende Drucker sind hier interessant. Diese sind allerdings mit hohen Kosten verbunden.

3D Printing findet in vielen Wirtschaftszweigen Anwendung. Die Nutzung reicht vom Baugewerbe über die Automobilindustrie, den Maschinenbau, die Luft- und Raumfahrt, die Erschaffung von Kunstwerken bis hin zur Wissenschaft und Medizin. Mit dem 3D Druck können Bau- oder Ersatzteile sowie Werkzeuge “on demand” und individualisiert hergestellt werden. Das Design und die Weiterentwicklung von Produkten steht im Vordergrund und ist mithilfe von Modellierungssoftware zeit- und kostensparend möglich. In Luft- und Raumfahrt wird dies für die Konstruktion von Prototypen genutzt. In der Medizin werden passgenaue Implantate erzeugt. Im Bereich des Bioprintings soll Zelleigenmaterial des Patienten für den Druck verwendet werden, um die Biokompatibilität von Transplantaten zu erhöhen.

Für Künstler und Kleinunternehmer ist das 3D Printing eine Möglichkeit, Einzelstücke zu generieren. Interessante und aufwendige Geometrien sowie Farbdrucke und Personalisierungen lassen sich mit den 3D Druckern realisieren. Im privaten Bereich erfreuen sich vor allem Modellbauer an den dreidimensionalen Drucktechnologien. Die eigenen Vorstellungen können in den Modellbau integriert und umgesetzt werden. Wenn die für den privaten Gebrauch erhältlichen Drucker nicht leistungsfähig genug sind, helfen Dienstleister weiter. Diese erstellen das 3D Modell nach den Wünschen des Kunden und führen im Anschluss auch gleich den Druck aus.

 

Welcher 3D Drucker kann für den Modellbau eingesetzt werden?

Drucktechnologien, die sich für die meisten Heimanwendungen eignen sind das Fused Deposition Modelling oder die Fused Filament Fabrication. Als Ausgangsstoffe dienen fadenförmige oder drahtähnliche Kunststoffe (Filament), die aufgeschmolzen und per Düse Schicht für Schicht aufgetragen werden. Nach dem Erkalten ist das Modell fest und kann für die Weiterbehandlung verwendet werden.

Drucker, die diese Technologien unterstützen, sind zum Beispiel der Anet A8, der Creality CR-10, der Xinkebot ORCA2 Cygnus, der Ultimaker 2+ oder der da Vinci Mini w von XYZprinting. 3D Drucker für den Hobbybereich können in Elektronikmärkten oder im Internet erworben werden. Die Kosten liegen bei 200 Euro aufwärts.

 

Zubehör für den 3D Druck: Filament & Co

Neben dem Drucker benötigen Sie für den 3D Druck außerdem ein 3D Modell sowie eine Software zur Bearbeitung. Und auch die Rohmassen bzw. der Werkstoff  – das nötige Filament für die 3D Drucker – muss in ausreichender Menge vorhanden sein. Für die Nachbearbeitung im Modellbau sind feine Werkzeuge, Farben oder Lacke erhältlich.

Dreidimensionale Modelle lassen sich mithilfe von 3D Scannern oder Software erschaffen. Zudem existieren Vorlagen, die erworben oder aus dem Internet (z. B. bei Thingiverse) heruntergeladen werden können. Mit der CAD Software können Sie die Modelle dann verändern oder anpassen. Nützliche Modellierungssoftwares sind unter anderem 3D Slash, Art of Illusion, FreeCAD, Onshape, Fusion 360 oder Tinkercad.

 

Welches Filament für welchen Einsatzzweck?

Die Kunststoffrohmasse können Sie als Filamentrollen erwerben. Diese sehen aus wie kleine Kabeltrommeln, von denen das Filament während des Drucks abgerollt wird. Unter anderem sind folgende Filamente erhältlich:

Ein häufig verwendetes Filament ist das Polyactid (PLA). Es ist günstig und lässt sich für alle FDM Drucker verwenden. Bei PLA handelt es sich um Polymilchsäure, die biologisch abbaubar ist. Handelsübliche PLA Filamente sollten aber nicht für Drucksachen verwendet werden, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen. Nachteile des Filaments ist die geringe Hitzebeständigkeit und eine eher geringe Stabilität.

Das Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS) basiert auf Erdöl, ist nicht biologisch abbaubar und benötigt ein beheiztes Druckbett für die Verarbeitung. Modelle, die aus dem Filament hergestellt werden, sind robuster und hitzebeständiger als PLA Modelle. ABS Filamente finden Sie in den unterschiedlichsten Farben.

Thermoplastisches Polyurethan (TPU) zeichnet sich durch eine hohe Elastizität aus. Im Gegensatz zu dem ABS Filament ist TPU ungiftig und es kommt nur zu einer geringen Geruchsentwicklung während des Drucks. Allerdings kommt nicht jeder Drucker mit dem flexiblen Material zurecht. Ansonsten ist das Filament sehr beständig und liefert widerstandsfähige Modelle.

 

3D Druck leicht gemacht mit dem richtigen Zubehör

Durch die kontinuierliche Verbesserung der Technologien und die Entwicklung neuer Werkstoffe und von verbessertem Zubehör, weiten sich die Anwendungsfelder für 3D Drucker ständig aus. Und auch bei Heimanwendern steigt das Interesse am 3D Printing. Mit dem richtigen Zubehör (Drucker, Filament, Software etc.) lassen sich kostengünstig selbst entworfene Modelle mit zufriedenstellender Präzision erschaffen.