3D-Druck - vier hilfreiche Antworten für Beginner
1.11.2016
3D-Druck ist keine Hexerei, sondern einfacher als viele glauben. In diesem Beitrag kläre ich für dich die vier häufigsten Fragen rund ums Thema 3D-Druck. Du lernst, was 3D-Druck ist, was man damit machen kann, wie man es macht und wie viel das Ganze kostet.
Ich 3D druck mir die Welt, wie sie mir gefällt. Eine so grosse Fantasie, wie Pippi Langstrumpf es in ihren Geschichten hatte, brauchst du nicht zwingend. Für den 3D-Druck ist es jedoch von Nutzen, wenn man sich dreidimensionale Objekte vorstellen kann. Denn es ist noch nicht so einfach wie an Bord des Raumschiffs Enterprise, in dem Captain Picard vor dem Replikator steht und sagt: «Tee, Earl Gray, heiss» und schwupp ist der Tee samt Tasse schon fertig. In der realen Welt braucht man nämlich Zeit. Viel Zeit. 3D-Druck dauert oft Stunden, je grösser und feiner, umso länger.
Was ist das?
Mit einem 3D-Drucker kann man einzelne Objekte aus Kunststoff erstellen. Da der Druckvorgang viel Zeit in Anspruch nimmt, ist dieses Verfahren nicht für die Massenproduktion geeignet. In der Industrie wird dieser Vorgang schon lange verwendet und nennt sich Rapid Prototyping. Für die private Anwendung wurde diese Idee von der RepRap-Bewegung aufgegriffen und weiterentwickelt. Der Grundgedanke war es, einen 3D-Drucker zu erstellen, welcher wiederum 3D-Drucker drucken kann.
Für das Drucken wird hauptsächlich Kunststoff eingesetzt. Beliebt ist der «Biokunststoff» PLA. Er ist ungiftig, biologisch abbaubar und sehr einfach zu verwenden. Der 3D-Drucker fungiert hierbei als Schmelzschichtungsroboter. Er zieht den PLA-Draht ein, erhitzt ihn auf 220°C und drückt ihn dann durch eine feine Düse (z.B. 0,4mm) als dünnen Streifen Schicht für Schicht auf eine Druckplatte.
Weitere Verfahren sind:
- flüssigen Kunststoff mit UV-Laser härten (Stereolithografie)
- Metallpulver mit einem Laser schmelzen (Sintern) oder
- Gipspulver mit einem Tintenstrahldrucker punktgenau abbinden
Allerdings sind diese Verfahren für den Heimgebrauch eher ungeeignet, da sie zu aufwändig und zu teuer sind. Es handelt sich hierbei immer um auftragende Verfahren. Oft beginnt man mit einer leeren Druckplatte und trägt Material auf. Das Gegenteil wären die abtragenden Verfahren, wie zum Beispiel Fräsen oder Drehen. Hierbei wird mit einem rohen Werkstück begonnen und nach und nach das unerwünschte Material abgetragen. Der Nachteil dabei ist der entstehende Abfall in Form von Spänen, welcher wieder recycelt werden muss.
Was kann man damit machen?
Grob gesagt: Alles was dein Herz begehrt. Sei es eine Smartphone-Hülle, Schachfiguren, Halterungen, etc. Mit einem 3D-Drucker kannst du so ziemlich alles drucken, was du möchtest. Die Anwendungen sind unendlich. Schwierig und aufwändig wird es jedoch, wenn das Objekt grösser ist als dein Drucker. Neben den bereits genannten Klassikern gibt es noch etliche andere und interessante Anwendungsbeispiele:
- Ersatzteile:
Wenn du zum Beispiel eine neue Abdeckkappe für deine Kamera brauchst, kannst du dir diese einfach drucken. Das CAD-File dafür kannst du hier downloaden. - Modden:
Wenn du dir für den PS4 Controller einen grösseren «Option»-Knopf wünschst (damit du bei GTA die Karte besser aufrufen kannst), kannst du ihn dir hier laden und ausdrucken. - Upgrades:
Mit einem gedruckten Träger kannst du 2.5"-Festplatten oder eine SSD in alte (2008) MacBook-Pro-Rechner einschieben: Download - Kunst:
Mit einem 3D-Drucker können nicht nur nützliche, sondern auch kunstvolle Objekte erstellt werden. Wie zum Beispiel einen Kopfhörerhalter in der Form einer archäologischen Antiquität. - Ausbildung:
Drehende Turbinenschaufeln sind immer ein Hingucker. - Modellbau und Fan-Artikel:
Warum nur den Film oder das Spiel ansehen, wenn du dir einen Panzer gleich ins Wohnzimmer stellen kannst. - Neue Möglichkeiten:
Mach aus jeder deiner Kameralinsen ein Makroobjektiv. Ganz einfach mit einem kleinen Adapter zum Ausdrucken.
Wie du siehst, sind praktisch keine Grenzen für den 3D-Druck vorhanden. Du musst dich auch nicht nur auf Kunststoff beschränken. Du kannst zum Beispiel eine Gussform drucken, mit welcher du einen Osterhasen aus Schokolade mit deinem eingescannten Gesicht daraus machen kannst. Sehr schräg, aber machbar :)
Wie macht man das?
Zu Beginn steht immer eine Idee. Es hat sich für mich bewährt, diese immer auf einem Stück Papier zu skizzieren. Mit dieser Skizze ist es im Nachhinein einfacher, das 3D-Modell im Computer zu zeichnen. Weiter besteht die Möglichkeit, Objekte mit einem 3D-Scanner zu erfassen. Meiner Erfahrung nach benötigt dieser jedoch immer noch viel Handarbeit in der Nachbearbeitung des Computermodells.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Netz auf bereits bestehende Projekte abzugrasen. Unter anderem besitzt Thingiverse eine grosse Auswahl an frei zugänglichen Computermodellen. Solange du die Dateien auf dieser Seite nicht für kommerzielle Zwecke nutzen möchtest, fallen keine Lizenzgebühren an. Ein weiterer Vorteil ist es, dass du die Rohdaten des Objekts zur Verfügung gestellt bekommst. Somit kannst du das Modell nach deinem Belieben verändern und anpassen. In diesem Fall kommt Open Source (offener, frei zugänglicher Quellcode) mit Open Hardware (offene, frei zugängliche Baupläne und Anleitungen) zusammen. Ganz wichtig hierbei ist es, vorhandene Patente nicht zu verletzen. Für den Eigengebrauch oder die Forschung gilt nämlich der Patentschutz nicht. Willst du aber etwas verkaufen oder ein neues Patent anmelden, dann musst du den Patentschutz zwingend einhalten.
Aber zurück zum Vorgehen:
Das Computermodell kann mit fast jeder CAD-Software erstellt werden. Ein paar Beispiele dafür sind OpenSCAD (mein Favorit), FreeCAD, Blender oder Profisoftware wie Cinema 4D und AutoCAD.
Nachdem du dein Modell im CAD-Programm konstruiert hast, musst du dieses im Dateiformat «.stl» abspeichern. Dieses Dateiformat hat sich mittlerweile als Quasi-Standard etabliert.
Aus dieser Objektdatei erstellt der «Slicer» eine Druckerdatei. Der zurzeit bekannteste Slicer auf dem Markt ist «Cura» (dank der Unterstützung von Ultimaker). Cura ist eine Gratissoftware und mit praktisch allen Druckern kompatibel. Du solltest jedoch immer darauf achten, dass im Slicer dein gewünschter Drucker konfiguriert ist und die gewünschte Auflösung enthält. Der Slicer macht nichts Weiteres, als dein Objekt in dünne Scheiben zu schneiden. Die Auflösung, also die Dicke dieser Scheiben, kannst Du beliebig wählen (z.B. 0.1mm). Je feiner du die Auflösung wählst, desto glatter und schöner wird schlussendlich dein Druck. Der 3D-Drucker muss jedoch bei dünneren Scheiben länger arbeiten, als bei einer gröberen Auflösung.
Diese Druckerdatei kannst du danach entweder auf eine SD-Speicherkarte oder einen USB-Stick laden und dann mit dem Drucker verbinden. Der Drucker muss sich nur noch für ein paar Minuten aufwärmen, danach ist er einsatzbereit. Wähle einen passenden Ort für deinen Drucker, bei welchem er keiner Zugluft ausgesetzt ist. Temperaturunterschiede können die Qualität deiner gedruckten Teile beeinflussen und bei feinen Teilen die Haftung reduzieren.
Nach dem Druck empfehle ich dir, noch ein paar Minuten zu warten, bis das gedruckte Teil ganz abgekühlt ist. Dadurch lässt es sich besser von der Druckplatte lösen. Eine beheizte Druckplatte (mit Kapton beklebt) ist hierbei sehr nützlich. Im Idealfall lässt du alles erkalten, bis sich das Teil mit einem knirschenden Geräusch sauber von der Druckplatte lösen lässt. Alles ohne ziehen, hämmern oder gar meisseln.
Falls das nicht so einfach geht, hat sich für mich eine Rohrzange sehr bewährt. Man drückt und biegt vorsichtig an mehreren Stellen, um dabei das Teil von der Unterlage vorsichtig abzulösen. Es empfiehlt sich, immer nur ein kleines Stück auf einmal zu lösen, bis es sich komplett anheben lässt. Solange man nicht zu stark drückt und im elastischen Bereich des Kunststoffes bleibt, wird nichts beschädigt.
Damit das nächste Objekt wieder gut haftet, solltest du zum Abschluss die Druckplatte von Rückständen, Staub und Fingerabdrücken gut reinigen.
Was kostet es?
Es gibt zwei verschiedene Arten von 3D-Druckern. Die einen kann man fixfertig kaufen und sie müssen nur noch am Strom angeschlossen werden. Ein Beispiel hierfür ist der Ultimaker 2.
Die andere Variante sind die 3D-Drucker, welche als Bausatz geliefert werden. Sie sind zwar etwas günstiger, müssen aber zuerst noch zusammengebaut werden. Dazu sollte man sich zwei Abende Zeit lassen. Gemäss Hersteller benötigt die Montage zwar nicht länger als eine Stunde, aber dann fehlt ja der Spass des Bauens. Mein Favorit ist hier der Hephestos 2.
An dieser Stelle möchte ich dir noch ein paar Hinweise und Tipps geben:
- Kauf nicht zu viele Farbrollen auf einmal. Sie altern mit der Luftfeuchtigkeit und werden nach 1-2 Jahren brüchig. Dadurch können sie nicht mehr richtig vom Drucker eingezogen werden und müssen daher weggeworfen werden.
- Werkzeuge brauchst du nur wenige bis gar keine. Hilfreich ist ein kleines Teppichmesser, um Grate und Materialreste zu entfernen (immer weg vom Körper schneiden und nicht mit dem Daumen gegen die Klinge drücken). Ein Geodreieck oder Lineal zur Kontrolle und natürlich meine bereits erwähnte Rohrzange.
- Damit die Druckplatte nicht immer an der gleichen Stelle abgenutzt wird, empfehle ich dir nicht nur in der Mitte zu drucken, sondern die Teile wenn möglich in ihrer Position verschieben.
Lass deiner Fantasie freien Lauf. Viel Erfolg! Und zum Schluss nochmals ein Zitat von Captain Picard: «Energie!»
Ich bin ein digitaler Ureinwohner der Generation Commodore 64, online seit Wählscheibe und Akustikkoppler. Neben Videospielen hole ich gerne mit dem 3D-Drucker Dinge aus dem Cyberspace in den Makerspace. Technologie ist einfach faszinierend.