Eine ständig aktualisierte Wissensdatenbank zum Thema 3D Druck
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Mittlerweile ist ein halbes Jahrhundert vergangen und die damaligen Visionen wurden schon längst Realität. Wir können dank immer kleineren Handys auf Knopfdruck kommunizieren und auch endlich fast beliebige Produkte von einem 3D Drucker herstellen lassen. Dabei ist diese 3D Druck Technik nicht mal neu, viele große Firmen arbeiten seit Jahren mit diesem Verfahren. So wurden unter anderem sogar ganze Flugzeugteile eines F16 Kampfflugzeugs hergestellt und auch verwendet.
Der große Durchbruch liegt aber sehr wohl in der Massentauglichkeit dieser Geräte. So gibt es günstige 3D Drucker schon für ca. 400,- Euro, die sich fast jeder Haushalt leisten kann. Empfehlenswerte Geräte, die schon fertig konstruiert sind und eine passable Druckleistung bringen, sind schon ab ca. 1800,- Euro zu haben.
Wie arbeitet aber eigentlich ein 3D Drucker? Der 3D Drucker arbeitet nach dem additiven Prinzip, das heißt die Maschine produziert den gewünschten Artikel schichtweise von unten nach oben. Das verwendete Material, in den meisten Fällen eine Schnur aus ABS oder PLA Kunststoff, wird durch den sogenannten Extruder geführt, der den Kunststoff so stark erhitzt das er flüssig wird. Der Extruder übernimmt hierbei quasi die Funktion der Druckdüse.
Dieser flüssige Kunststoff wird nun dank der gespeicherten 3D Daten im Drucker, Schicht für Schicht aufgetragen bis das Objekt vollständig ist.
Hierzu ein YouTube Video, was den Druckvorgang sehr gut darstellt:
Wie man sieht steht zum Anfang die Idee, die anhand einer 3D CAD Software (zum Beispiel Google´s Sketchup) auf dem Rechner als 3D Objekt erstellt wird. Natürlich bedarf es einer solchen Erstellung eine gewisse Einarbeitung in das 3D Programm, aber grad Sketchup ist da sehr bedienungsfreundlich.
Ist das Objekt fertig erstellt, wird es von der Software in ein bestimmtes Format gespeichert, welches dann der 3D Drucker auslesen kann. Diese Datei wird dann meist per Speicherkarte in den 3D Drucker gelesen und ausgedruckt.
Es gibt allerdings auch schon Webseiten, wo man seine erstellen 3D CAD Kunstwerke der Öffentlichkeit präsentieren kann. Die bekannteste dürfte wohl www.thingiverse.com sein. Hier gibt es tausende Objekte zum freien Download und dann auch für den heimischen 3D Drucker. Angefangen von einem Atom Modul aus Kunststoff bis hin zum 3D Drucker der sich selbst erstellen kann.
Ja, richtig. Mittlerweile können sich 3D Drucker auch selbst herstellen und so vervielfältigen. Klingt völlig irre…..und ist es auch. Der Kreativität der Objekte sind fast keine Grenzen gesetzt. Selbst eine funktionsfähige Waffe wurde schon gedruckt. Diese hielt zwar nicht lange, da sie nur als Plastik war, aber bei dem Beispiel sieht man das ungeheuere Potential was hier gegeben ist.
Der Druck von Objekten hört sich demnach einfach an und ist es eigentlich auch. Natürlich gibt es hier aber noch zig Probleme die auftreten können, da ein Druckfehler im schlimmsten Fall das ganze Objekt kaputtmacht. Also ganz so einfach wie ein erstelltes Bild aus einem Laserdrucker zu drucken ist es nicht.
Die Industrie arbeitet mit Hochdruck an Geräten, die dem geplagten User das Leben so einfach wie möglich machen sollen. So gab es vor ein paar Jahren eigentlich nur ein paar Selbstbausätze von Druckern, die mit Spanplatten zusammengehalten wurden. Mittlerweile ist auch das Design der Drucker viel besser geworden und viele Firmen liefern den Drucker quasi ready2go aus.
Mittels 3D Scan können einfache und auch komplexere Objekte eingescannt und vom Rechner in eine druckfähige Datei für den 3D Drucker ausgegeben werden.
Gab es vor einiger Zeit noch häufig Probleme mit fehlenden Linien oder Dreiecken, die vom Drucker dann fehlerhaft gedruckt wurden, arbeiten die heutigen Scanner wesentlich effektiver und genauer.
Man unterscheidet hier zwischen mobilen Handscannern, mit denen man das Objekt per Hand einscannen muss und den festen Scannern, die das jeweilige Objekt automatisch einscannen.
Die Tischgeräte haben den Nachteil das das Objekt eine gewisse Größe nicht überschreiten darf, da es sonst nicht erfasst werden kann. Dafür arbeiten sie genauer als von Hand gesteuerte Scanner.
Die 3D Scanner erfahren zur Zeit einen Boom, der auf die Verbreitung der 3D Drucker zurückzuführen ist und werden zur Zeit von vielen Herstellen weiterentwickelt. Der Digitizer von MakerBot ist hier ein gutes Beispiel.
Der große Unterschied gegenüber dem PLA ist sicherlich die Festigkeit vom ABS Kunststoff.
Während PLA wie beschrieben bei ca. 60°Grad weich wird, hält hier ABS noch bombenfest. Das chemisch hergestellte und nicht biologisch abbaubare ABS hat hingegen eine sehr hohe Oberflächenhärte, was oft für Kunststoffe für Autos und Spielzeuge verwendet wird.
Andererseits braucht man beim ABS Kunststoff eine beheizbares <strong>Druckbett</strong>, ohne haftet der Kunststoff nicht. Auch kann es leicht zu sogenannten Verspannungen beim Druck kommen, wodurch der gesamte Druck gefährdet ist.
Preislich gibt es gegenüber dem PLA keine nennenswerten Unterschiede. Auch hier gibt es 1kg Spindeln schon für ca. 33,- Euro.
Natürlich spielt auch der gesamte Spielzeug und Modellbauindustrie eine gewichtige Rolle. Viele Bauteile und vor allem Ersatzteile lassen sich mit einem 3D Drucker relativ günstig und einfach herstellen.
Man verwendet einfach den chemischen Stoff Aceton. Aceton “verwandelt” die rauhe und stumpfe Oberfläche zu einer glänzenden und polierten Oberfläche. Die Lösung klingt so simpel das es schon fast unglaubwürdig erscheint, aber die Resultate sprechen für sich.
Es gibt verschiedene Wege um sein Objekt aus dem 3D Drucker mit Aceton zu behandeln. Die einen legen das Objekt komplett für 3 Sek. in Aceton und lassen es danach an der frischen Luft einfach arbeiten.
Eine andere Methode ist mehr für kleinere Objekte gedacht. Hier wird das Objekt an einem dünnen Draht in ein leeres Glas gehängt, wo sich ein wenig Aceton befindet. Das Glas wird nun auf 56° C erwärmt und das Aceton fängt an zu kochen. Nach circa einer Minute wirkt das Aceton auf dem Objekt und gibt der Oberfläche diesen einmaligen Glanz.
Jedoch sollte beachtet werden das diese Methode nur für Objekte geeignet ist, die mit einem ABS Filmend gedruckt wurden. PLA reagiert nicht auf Aceton. Hierfür kann Tetrahydrofuran verwendet werden, was jedoch nicht unbedingt das gleiche gute Ergebnis erzielt.
B:
Der Builder 3D Printer ist ein Fertiggerät, das komplett zusammengesetzt von dem holländischen Unternehmen Code-p west BV geliefert und vor der Auslieferung getestet wird. Vor der ersten Benutzung muss lediglich das Druckbett befestigt werden.
Das maximale Druckvolumen beträgt 22 x 22 x 17,5 und das Gehäuse ist aus Metall gefertigt.
Er arbeitet mit einer Auflösung von 0,15 mm und PLA Filament der Stärke 1,75 mm, was mittels Spule eingelegt wird.
Das Gewicht des Builder 3D Printers beträgt 5 Kg und hat eine geschlossene Bauweise. Er ist einfach zu bedienen und durch die hohe Leistung und der Open Source-Software lassen sich High-End-3D-Modelle perfekt nachbilden.
Es arbeiten zwar schon Wissenschaftler an der Herstellung von 30 unterschiedlichen Gewebetypen, aber bis hier ein massentaugliches Ergebnis erzielt werden kann, dürfte es noch einige viele Jahre dauern.
Auch an der Erstellung ganzer Körperteile wie zum Beispiel ein Ohr oder ein Teil der Nase wird schon eifrig gearbeitet. Aber auch hier ist das eher eine Zukunftsvision, als das man mit einem selbstgedruckten Ersatz-Ohr in den nächsten Jahren rechnen könnte.
C:
In der Software wird die STL Datei geladen und komfortabel auf das dargestellte Druckbett positioniert. Es lassen sich unzählig viele Optionen einstellen, wie zum Beispiel die Druckgeschwindigkeit, die jeweiligen Stärken vom Rand und der Füllung.
Cura wird zum Beispiel von Ultimaker für ihre Drucker als Standardprogramm genutzt.
Seit geraumer Zeit beherrschen auch die CAD Programme die Erstellung von Objekten in 3D und sind so ein wichtiger Part in der 3D Druckbranche. Ohne eines CAD Programm ist es schier unmöglich ein gut konstruiertes 3D Objekt für die Druckausgabe zu entwerfen.
Aber Vorsicht, die meisten CAD Programme sind nicht grad einfach zu bedienen und bedürfen eine teilweise lange Einarbeitungszeit.
D:
Anders wie ein Bausatz, wozu man schon gewisse Fähigkeiten besitzen muss um den Drucker ordnungsgemäßt zusammenzusetzen, bekommt man mittlerweile fast alle 3D Drucker auch ready 2 go. Also auspacken, einschalten, kalibrieren und drucken – jetzt mal übertrieben ausgedrückt.
Ein Komplettsystem bekommt man schon ab ca. 600,-€, wobei man in dieser Preisklasse allerdings keine Druckwunder erwarten kann. Für filigrane Fertigungsstücke muss man schon ein wenig mehr investieren.
Die Hersteller lassen sich den fertig zusammengestellten Drucker auch zusätzlich noch einiges kosten. So ist es keine Seltenheit das man einen Bausatz auch als Komplettsystem bekommt, wenn man einen gewissen Mehrbetrag zahlt. Dieser kann von ca. 300,-€ bis hin zu 600,-€ schwanken. Je nach Drucksystem.
Für handwerklich und technisch nicht so versierte User, ist die Alternative Komplettsystem also eine gute Wahl. Geübte Techniker, die auch vor einem Lötkolben nicht zurückschrecken können allerdings ein paar Euro sparen und in einen Bausatz investieren.
Der Druckkopf kann über drei hochwertige Führungen bis zu 0,05 mm genau platziert werden. Als zusätzlichen Pluspunkt kann noch verbucht werden, dass der DeltaTower neben ABS und PLA auch Nylon verarbeiten kann. Er kann Filament in der Stärke von 1,75 mm oder wahlweise 3 mm verarbeiten.
Das Druckwerk kann während des Druckvorgangs von allen Seiten beobachtet werden. Den DeltaTower bekommt man wahlweise als Bausatz oder fix und fertiges Gerät bekommen.
E:
Der Vorteil hierbei: Es kann mit 2 verschiedenen Materialien und/oder 2 verschiedenen Farben gearbeitet werden. So entstehen wieder eine Vielzahl neuer Möglichkeiten.
F:
Die gebräuchlichsten Filamente bestehen aus ABS und PLA. ABS ist ein chemischer Kunststoff, der eine sehr hohe Festigkeit aufweist aber auch nicht leicht zu verarbeiten ist. ABS sollte man immer auf einem beheizbaren Druckbett ausdrucken. Wir finden ABS Kunststoffe zum Beispiel in der KFZ Industrie wieder, genauer gesagt im Innenraum vom Auto.
PLA ist hingegen ein unter Umständen biologisch abbaubares Material, was etwas weicher ist und eigentlich von allen 3D Druckern verwendet wird. Man sollte hier beachten das PLA unter etwas höheren Temperaturen wieder weicher wird und die Form verlieren kann.
Filamente gibt es in den unterschiedlichsten Farben und Stärken.
Das Filament kommt nicht wie gewohnt von einer Rolle, sondern wird in einzelnen Stäben über ein Transportsystem zum Extruder gebracht. Die Stäbe haben jeweils 2 verschiedene Enden, die sich ineinanderhaken und so transportiert werden.
Durch die Mischung unterschiedlicher Farben können so auch mehrfarbige Objekte erstellt werden. Der Drucker verarbeitet ABS und PLA Filamente und besitzt ein beheizbares Druckbett.
Fabrikationslabor oder offene High-Tech-Werktstätten, kurz FabLabs genannt, gehören zu einer schnell wachsenden Bewegung um moderne Technik unkompliziert nutzen zu können.
Hierbei können Privatpersonen industrielle Produktionsverfahren dazu benutzen um Einzelstücke oder nicht mehr verfügbare Ersatzteile mit professionellen Maschinen herzustellen.
Seit 2002, dem Start des 1. FabLabs am Institute of Technology in Massachusetts, können Privatpersonen mit 3D-Druckern, Laser-Cutter, CNC-Maschinen ihre individuellen Werkstücke anfertigen ohne ein eigenes Gerät besitzen zu müssen. So ist auch in sozial schwachen Gebieten unabhängig von Alter, Wohlstand oder Region den Zugang moderner Produktionstechnologien möglich. Kinder und Jugendliche können sich durch das technische Know-how auch außerhalb der Schule weiterbilden.
Alle FabLabs werden nach den Richtlinien der Fab Charter geführt, die für verschiedene Bereiche Leitlinien bereithält. Dort ist geregelt wie der Umgang mit Maschinen, das geistige Eigentumsrecht, die offene Wissensvermittlung und Verantwortung für eigene Handlungen gegenüber den Mitmenschen gehandhabt werden sollte.
Das Prinzip der FabLabs ist in der Zukunft nicht mehr wegzudenken und es wird in einigen Jahrzehnten bestimmt auch möglich sein die High-Tech-Produktionstechnologien sogar von zu Hause aus bedienen zu können.
G:
H:
I:
K:
Die Premiumklasse im 3D Druckbereich für den Heimgebrauch liegt bei ca. 2000,-Euro. Für das Geld ist zum Beispiel der Ultimaker zu haben, der in allen Bereichen voll und ganz überzeugen kann.
L:
Unter anderem erforscht die NASA die Herstellung solcher Gerichte, die dann von Astronauten im Weltraum hergestellt werden können.
Ein 3D Drucker der Schokolade druckt wurde allerdings schon im Jahr 2012 vorgestellt, so das man vom Replikator aus der Star Trek Serie nicht allzu weit entfernt ist.
M:
N:
Hier gibt es verschiedene Methoden. Zum Beispiel kann man, wie im Punkt A: Aceton beschrieben, die Oberfläche mit Aceton behandeln um ihr diesen unvergleichlichen Glanz zu verleihen. Allerdings können dabei auch kleine Details verschwimmen.
Zusätzlich kann man die Objekte noch mit einer Feile bearbeiten, oder auch
mit einem Dremel. Um den Objekten einen Farbanstrich zu verpasssen empfiehlt sich übrigens ein kleines Airbrush-Set, was man aus der Modelbaubranche kennt.
O:
Immer mehr Firmen bieten einen 3D Online Service an, wo man die gewünschte Datei hochladen und sich meist gleich den Preis berechnen lassen kann.
Zwar sind die Preise für solch einen 3D Druck Service nicht grad gering, aber immerhin preiswerter als sich gleich einen 3D Drucker zu kaufen.
P:
Q:
Eine wirklich gute Qualität, die teilweise sogar im gewerblichen Bereich zufriedenstellend ist, bringen erst 3D Drucker im Preissegment ab ca. 1500,-Euro.
R:
S:
Wer es etwas aufwendiger haben will, dem kann das ebenfalls kostenfreie Blender empfohlen werden. Aber Vorsicht, diese Software ist ungleich komplizierter gegenüber Sketchup und viele unerfahrene Anwender werden allein schon vom Aufbau der Software erschrocken sein.
Dafür können mit Blender professionelle Ergebnisse erzielt werden.
Weitere Anbieter wären:
- Autodesk
- Tinkercad (Browserbasierend)
- Shapesmith (Browserbasierend)
T:
Die farblose brennbare Flüssigkeit Tetrahydrofuran ist organisch und gehört zur Stoffklasse der cyclischen Ether Lösungsmittel. Bis zu einer Temperatur von 71,8 °C ist es mit Wasser vollständig mischbar. Laut der Gefahrengutvorschrift ist Tetrahydrofuran in der Klasse 3 unter entzündbare flüssige Stoffe eingeordnet.
Um PLA-Oberflächen zu glätten kann THF bedingt eingesetzt werden, sollte jedoch nur von erfahrenen Benutzern eingesetzt werden, da es hinsichtlich der Gesundheitsgefährdung noch Bedenken gibt. PLA Objekte sollten nicht mit Aceton Dampf nachbehandelt werden, da dieser Stoff resistent gegenüber Lösungsmitten ist.
Mit THF ist dies möglich, trotzdem sollte das PLA nicht direkt mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, sondern über den Dampf gehalten werden und mit einem Tuch poliert werden.
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Aber auch die noch junge Youmagine Community bietet immer mehr Modelle an.
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