3D Druck für Anfänger – eine Einführung

Die 3D Drucker der neuesten Generation arbeiten sehr detailgetreu.

Die 3D Drucker der neuesten Generation arbeiten sehr detailgetreu (Quelle: „Makerbot Industries – Replicator 2 – 3D-printer 18s“ von Ceative Tools, Lizenz: CC BY 4.0)

Mit dieser Einführung bekommen auch Anfänger den Durchblick im 3D Druck. Wir erklären dir die wichtigsten Begriffe.

Dein Einstieg in den 3D Druck

Schon seitdem die ersten 3D Drucker auf dem Markt sind, fasziniert dich diese Technik. Und gebrauchen könntest du einen 3D-Drucker auch, sei es für den Heimwerker- und Bastelbedarf, zum Drucken von Teilen für den Modellbau oder für künstlerische Drucke und Designs. Bislang hast du dich mit der Anschaffung eines 3D Druckers zurückgehalten, die angebotenen Modelle erschienen dir noch nicht ausgereift. Doch inzwischen ist der 3D-Druck den Kinderschuhen entwachsen und erlebt eine spürbare Professionalisierung. Die Community an begeisterten 3D-Druck-Fans wächst und auch die Auswahl an Modellen, welche eine zufriedenstellende Druckqualität liefern. Jetzt ist es für dich an der Zeit, auf diesen Trend aufzuspringen. Lange genug hast du schließlich gewartet! Du bist voller Tatendrang, aber dennoch etwas verunsichert: Einfach kaufen und loslegen? So einfach ist es dann doch nicht. Der Weg von der Zeichnung bis zum gedruckten dreidimensionalen Objekt birgt doch einige technische Details und Anwendungen, die man kennen und beherrschen sollte. Ohne ein Grundverständnis, wie der 3D Druck funktioniert, wirst du nicht weit kommen. Also erledigen wir das doch gleich mal!

Einfach erklärt – so funktioniert ein 3D Drucker

Ein 3-D Drucker von Innen.

Ein 3-D Drucker von Innen. (Quelle: „3D Printer at the Fab Lab“ von Keith Kissel, Lizenz: CC BY 2.0)

Mit einem 3D-Drucker werden in Schichtbauweise verschiedenste, auch selbst entworfene, dreidimensionale Objekte hergestellt. Das Objekt, welches gedruckt werden soll, muss digital als dreidimensionales Modell vorliegen. Dafür können bestehende 3D-Modelle aus dem Internet heruntergeladen werden (zum Beispiel über Thingiverse.com) oder selbst in einem geeigneten Programm entworfen werden. Wie kommt man jetzt von der Datei im 3D Format zum gedruckten Modell? Alle 3D Drucker beinhalten eine Software, die aus der Datei mit dem 3D-Modell die nötigen Werkzeugbahnen und Befehle an den Drucker berechnet (Quelle: CT Magazin).

Gedruckt wird mit einer Düse, welche in alle Richtungen gefahren werden kann, also seitwärts, vor- und rückwärts und auf- und abwärts. Aus der Düse kommt das verflüssigte Druckmaterial heraus. Es gibt verschiedene Druckmaterialien. Die Gemeinsamkeit ist, dass die Materialien durch Erhitzung weich und formbar werden. Das Druckmaterial kommt auf einer Rolle aufgewickelt, welche am Drucker befestigt wird. Dieses wird auch als Filament bezeichnet. Eines der häufigsten Druckmaterialien ist thermoplastischer Kunststoff. Hier gibt es die zwei Stoffe PLA und ABS.

Druckmaterial – das ist der Unterschied zwischen PLA und ABS

PLA steht für das englische Wort „polyactic acid“. PLA besteht aus biologisch abbaubarem Kunststoff, der aus nachwachsenden Rohstoffen wie z.B. Maisstärke gewonnen wird. ABS, Acrylnitril-Butadien-Styrol, ist nicht so umweltfreundlich wie PLA. Es besteht aus Acrylnitril, Butadien und Styrol. Bei letzterem handelt es sich um einen entzündlichen und potenziell gesundheitsschädlichen Kohlenwasserstoff. Die Schmelztemperaturen von PLA und ABS unterscheiden sich, und damit benötigen die beiden Materialien auch unterschiedliche Verarbeitungstemperaturen (d.h. Düsentemperaturen). Für PLA sollten Düsentemperaturen bis 210°C gewählt werden, bei ABS geht es bei 210° erst los. Auch im fertigen, nicht mehr flüssigen Zustand zeigen sich Unterschiede der beiden Materialien am Druckobjekt. PLA ist etwas härter und spröder während ABS-Oberflächen weicher sind und das Teil insgesamt leichter verformt werden kann. Die Entscheidung für eines der beiden Materialien hängt also vom Drucker (Drucktemperatur) und den gewünschten Eigenschaften des Druckobjekts ab.

Diese Objekte stammen aus einem 3D Drucker.

Diese Objekte stammen aus einem 3D Drucker. (Screenshot: „3D Print Mechanical Objects – Gears !“ von Tech2C).

3D Drucker vollführen „Schichtarbeit“

Das Filament tritt als dünner Faden aus der Düse aus. Die Düse bewegt sich in den vorberechneten Bahnen über das Druckbett. Dabei wird der Faden in mehreren Schichten übereinander aufgetragen. Das 3D Objekt wächst also von unten Schicht für Schicht in die Höhe, wobei sich das aufgetragene Material schnell wieder erhärtet. Der Fachbegriff „additive Fertigung“ bezeichnet genau dieses Arbeiten in Schichten. Zu einer Schicht wird eine nächste „addiert“, dann wieder eine Schicht und noch eine usw., bis schließlich das Objekt fertiggestellt ist. Durch dieses Fertigungsverfahren kommen auch die Rillen an 3D-Modellen, welche du vielleicht schon bemerkt hast, zustande. 3D-Druckobjekte sind nicht, wie viele denken, vollständig mit Filament gefüllt. Im Inneren der Teile wird eine Gitterstruktur genutzt. So wird Material gespart und das Objekt ist trotzdem stabil. Im Video siehst du in Zeitraffer, wie der Ultimaker 2 ein Rentiermodell herstellt.

3D-Drucker für Anfänger

So, das Grundprinzip ist verstanden. Jetzt muss ein 3D-Drucker her. Inzwischen gibt es auch für Einsteiger preisgünstige Modelle, die einfach zu bedienen sind. Die Einsteigerklasse im 3D-Druck bewegt sich im Preisrahmen bis ca. 750 Euro. Doch welches Modell ist das richtige für dich? Beim Kauf eines 3D-Druckers sollte nicht (nur) der Preis entscheidend sein, sondern vor allem die Qualität des Druckers. Damit du nicht mit unbekannten Fachbegriffen überrumpelt wirst, hier eine Checkliste der wichtigsten Leistungs- und Vergleichsdaten von 3D-Druckern:

  • Druckraum: Fangen wir mit dem einfachsten Fachbegriff an. Der Druckraum gibt schlicht und einfach die maximale Größe des Druckobjekts an. Eine grobe Abschätzung gelingt dir auf den ersten Blick, wenn du den Innenraum des Druckers betrachtest. Großer 3D Drucker = großer Druckraum, kleiner 3D Drucker = kleiner Druckraum. Die genaue Angabe des Druckraums erfolgt mittels der Achsen X (Breite), Y (Tiefe) und Z (Höhe). Standard-Drucker im Einsteigersegment haben einen Druckraum zwischen 10 und 25 Kubikzentimetern. Was du benötigst, hängt ganz davon ab, wie groß oder klein deine Druckobjekte werden sollen. Für Muttern oder kleine Modellbauteile reichen 10 Kubikzentimeter locker aus, Für Tassen, Halterungen oder Vasen brauchst du schon 20-25 Kubikzentimeter. Worüber sich viele 3D Druck Fans im Nachhinein ärgern, ist der Kauf eines zu kleinen 3D Druckers. Auch wenn der 3D Drucker am Anfang nur für Kleinteile vorgesehen ist, wenn in Zukunft größere Teile hinzukommen, ärgert man sich: „Warum habe ich nicht gleich einen größeren 3D Drucker gekauft???“
  • Positioniergenauigkeit: Damit wird augedrückt, wie exakt die Steuerung des Druckers einen bestimmten Punkt auf der XYZ-Achse ansteuern kann. Je genauer, desto detailgetreuer und feiner wird das Druckergebnis (Quelle: Golem). Einige Einsteigerdrucker schaffen hier nur bescheidene 0,1 mm. Auf dieses wichtige Kriterium solltest du also besonders achten!
  •  Maximale Druckgeschwindigkeit: Selbsterklärend, die maximale Geschwindigkeit, mit der die Düse bewegt und das Filament gefördert werden kann.  Davon hängt ab, wie lange du auf dein Druckobjekt warten musst. Einsteigermodelle sind hier noch etwas langsam mit Werten um die 60 mm/s. Dieser Maximalwert wird allerdings nur auf längeren Fahrstrecken erreicht, meist ist der Drucker (vor allem bei komplexen Objekten) wesentlich langsamer unterwegs.
  • Minimale Schichthöhe: Dies ist neben der Positioniergenauigkeit der wichtigste Wert für die Druckqualität. Und hier gilt – Achtung! – je geringer der Wert, desto besser ist der 3D Drucker. Denn je dünner die Filamentschicht, umso detailgetreuer wird das Objekt und umso weniger sind die Rillen zu bemerken. Eine geringere Schichthöhe führt damit auch zu einer glatteren Oberfläche. Im Einsteigerbereich ist eine minimale Schichthöhe von 0,2 mm gängig, für etwas mehr Geld bekommst du 0,1 mm.

Was jedoch fast noch wichtiger ist als die nackten Zahlen ist die Nutzererfahrung. Inzwischen ist die Community der 3D Druck Fans auch in Deutschland sehr groß und es findet ein reger Austausch statt. Bevor du dir einen Drucker zulegst, finde heraus, welche Erfahrungen andere 3D Druck Begeisterte mit diesem Modell gemacht haben. Mit ein bisschen Stöbern im Internet und Diskussionen in Foren wirst du schnell einige Meinungen zu dem jeweiligen Modell finden.

Für welches Modell hast du dich schließlich entschieden? Und was wird dein erstes Druckobjekt?


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