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Faszination 3D-Druck

Willkommen in der fantastischen Welt des 3D-Druckes. Die Entwicklung bei 3D-Druckern schreitet immer weiter voran, die Modelle werden kompakter, die Technologien ausgereifter und mit dem Stereolithografie Verfahren gab es einen Quantensprung hinsichtlich der Druckqualität. Daher ist die Zeit reif, sich auch privat einmal auf die Faszination des 3D-Druckes einzulassen. Vernünftige 3D-Drucker sind auch schon für den Heimgebrauch erschwinglich, die Auswahl ist groß  und die Möglichkeiten sowie die Vielfalt der Druck-Erzeugnisse schier grenzenlos - und praktisch: Man kann Spielzeuge für seine Kinder genauso einfach drucken wie einen filigranen Ring für die Ehefrau oder Freundin. Auch eine individuelle Smartphone Hülle ist kein Problem mehr. Neue Deko-Artikel, Küchenutensilien oder Ersatzteile für den Modellbau (Drohnenpropeller, Lok-Gehäuse für die Modelleisenbahn, andere RC-Modelle) - das alles und noch mehr ist mit 3D-Druckern möglich. Selbst zusammenhängende und bewegliche Konstrukte lassen sich drucken - Kugellager sind bspw. auch kein Problem... 
Steigen wir also in diese faszinierende Welt ein und beginnen mit grundlegenden Fragen, die bei dem Wort "3D Drucker" aufkommen. Damit hoffen wir, dass auch Sie den Einstieg in den 3D-Druck wagen.
 

Was sind 3D-Drucker?

Mit 3D-Druckern lassen sich dreidimensionale Werkstücke "drucken". Wobei das Wort "drucken" nicht umsonst in Anführungsstrichen steht. Man druckt nämlich nicht, wie bisher allgemein bekannt, mit Tinte auf Papier, sondern man baut die gewünschten Druck-Modelle schichtweise auf, sodass man sie hinterher anfassen und verwenden kann. Der schichtweise Aufbau der Modelle erfolgt computergesteuert und nach vorgegebenen Formen und Maßen, die vorher mittels einer CAD-Software (Computer Aided Design) erstellt wurden. Als Werkstoff kommen für den privaten Einsatz von 3D-Druckern sogenannete Filamente (deutsch: "Fäden") zum Einsatz. Diese bestehen aus thermoplastischen Kunststoff (PLA und ABS) und man bekommt sie meist auf Rollen aufgewickelt zu Kaufen. Allerdings gibt es sie auch in Stäbchenform. Filamente gibt es zudem in verschiedenen Farben (bspw. rot, grün, gelb) und verschiedenen Stärken (bspw. 1,75mm oder 3,0mm). Beim Drucken werden die Filamente von der Rolle in den Drucker gezogen. Im Extruder, also der Druckdüse, wird der Kunststoff geschmolzen und dann entsprechend der Vorlage auf einem Druckerbett "ausgedruckt". Nach dem Erhärten des Filamentes ergibt sich nun nach und nach schichtweise die gewünschte Form des Objektes, welches man drucken möchte. Der Fachbegriff hierfür lautet: Additive Fertigung.
 

Wozu braucht man als Privatanwender einen 3D-Drucker?

Die 3D-Drucker für Heimanwender ermöglichen die Herstellung von bspw. kleinen Spielzeugen, Uhren, Schmuck oder auch Teile für den Modellbau. Ein Beispiel für Letzteres ist die Modelleisenbahn: Mit 3D-Duckern lassen sich Formen für Häuser, Figuren, oder Fahrzeuge herstellen, aber auch Ersatzteile für eine Lokomotive (bspw. Puffer) oder generell ein neues Gehäuse für einen Wagon lassen sich ebenfalls ausdrucken. Gerade wenn man den Modellbau exzessziv betreibt, bieten 3D-Drucker durchaus eine Alternative, denn die Preise für Modellbauartikel sind meist nicht günstig - oft ist es dann auch so, dass man genau das Teil, was man benötigen würde, nicht verfügbar hat. Und das an einem Sonntag oder an einem Feiertag...  
Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist der "Druck" von Ersatzteilen. Geht bspw. die Kaffeemaschine kaputt, druckt man sich das passende Ersatzteil einfach selbst aus, ohne das die Kaffeemaschine aufwendig zurückgeschickt werden muss. Ist Ihre Frau mit ihren Absatzschuhen in einem Gullydeckel stecken geblieben? Drucken Sie ihr doch einfach einen neuen Absatz... oder ist Ihnen die TV-Fernbedienung heruntergefallen und der Deckel ist nun kaputt? Mit einem 3D-Drucker gibt es ganz schnell einen neuen... oder wie wäre es mit einem neuen Luftfiltergehäusekasten für Ihren Oldtimer? Dank 3D-Druck auch kein Problem mehr. Sie sehen, die Einsatzmöglichkeiten umfassen auch im Privatumfeld einen großen Bereich. 
 

Viele unterschiedlichste Modelle lassen sich ausdrucken

Wie funktionieren 3D-Drucker?

Wie bereits schon angedeutet, hat der 3D-Druck mit dem traditionellen 2D-Druck nicht viel gemeinsam. Bevor man sein 3D-Modell drucken kann, benötigt man eine durch eine CAD-Software erstellte, digitale, zweidimensionale Vorlage. Auf dem Markt gibt es heuzutage diverse Apps, die den Prozess der Modellierung erleichtern. Nachdem man sich für eine Vorlage bzw. ein Modell entschieden hat und dieses vorliegt, wird der 3D-Drucker mit einem Rechner verbunden. Nun erfolgt die Datenbübertragung des Modells zum Drucker und der "Druck" kann beginnen. Anstatt Tinte, wie beim herkömmlichen 2D-Drucker kommt beim 3D-Drucker sogenanntes Filament zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um einen thermoplastischen Kunststoff, den es in verschiedenen Formen und Stärken gibt. Das Filament kommt fast immer auf Rollen gewickelt und wird in den 3D-Drucker gespannt. Dort wird es entsprechend mit Steuerbefehlen der Software durch eine Düse (den Extruder) gedrückt wird. Dabei wird der Kunststoff erhitzt und geschmolzen, wodurch nun auf der Druckplatte schichtweise das gewünschte Objekt entsteht. Hier unterscheiden sich die 3D-Drucker jedoch durch unterschiedliche Druckverfahren. Erfahren Sie Details zu den einzelnen Druckverfahren in unserer Rubrik 3D-Druckverfahren. Das beliebteste (und günstigste) Druckverfahren, welches überwiegend bei 3D-Druckern für den Heimgebrauch zum Einsatz kommt, ist das Schmelzschichtverfahren, auch FMD Verfahren (Fused Deposition Modeling). Entscheiden Sie sich für einen Drucker aus unserem Shop, wird Ihnen der Begriff FMD noch häufiger begegnen. 
 

Wie hoch ist die Druckgeschwindigkeit?

Entscheiden Sie sich für einen 3D-Drucker sollten Sie sicherlich einen Faktor reichlich berücksichtigen: Zeit! Denn für einen 3D-Druck müssen Sie Geduld aufbringen. Das umgangsprachliche "mal schnell drucken..." ist bei 3D-Drucker ein ausgiebig dehnbarer Begriff. So beträgt bspw. die reine Druckzeit für einen Würfel, mit einer Kantenlänge von 2cm, bei den verschiedenen am Markt erhältlichen 3D-Druckern zwischen 25 Minuten und 45 Minuten. Komplexere, größere oder auch mehrfarbige Ausdrucke (oder Ausdrucke mit Stützmaterial) können schonmal mehrere Tage reine Druckzeit in Anspruch nehmen.
Dies ist dann aber immer noch nicht die gesamte Druckzeit. Zusätzlich zur reinen Druckzeit kommt nämlich noch die Dauer des Errechnens der Drucksteuerungdaten aus dem 3D Modell der PC-Steuerungssoftware (das sogenannte Slicing) hinzu. Dies kann - je nach eingesetzter Software - auch einige Minuten in Anspruch nehmen. Außerdem benötigen die Drucker noch Zeit zum Aufwärmen der Druckdüsen, was allerdings mit dem vorherigen Schritt des Slicings paralelisiert werden kann.  
 

Was ist mit Drucktechnik und Druckqualität?

Einer der allerwichtigsten Faktoren beim 3D-Druck ist die gedruckte Qualität des Modells. Liegt die Qualität hinter den Erwartungen zurück, hat man vielleicht umsonst sehr viel Geld in einen 3D-Drucker investiert, der den eigenen Ansprüchen nicht gerecht wird und mit dem man auf Dauer keine Freude hat. Nur, wenn das fertige Ergebnis möglichst exakt der 3D-Modellvorlage entspricht, hat sich der Aufwand gelohnt. Das Zusammenspiel von Druckkopfsteuerung und Materialvorschub in Kombination mit der richtigen Extruder-Temperatur und einer beheizten Druckplatte ist hier entscheidend. In diesem Zusammenhang sind der Ultimaker 2 und der MakerBot Replicator 5 erwähenswert - beide sind zugegebenermaßen nicht die günstigsten Modelle, leifern aber die besten und brauchbarsten Ergebnisse. Bei vielen 3D-Druckern, gerade am Anfang, wird man nicht um den ein oder anderen Fehldruck herumkommen, bevor man die perfekte Abstimmung gefunden hat. Empfehlenswert für den ersten Druck ist daher auch, das man nicht sofort mit dem komplexesten Modell seiner Wunschliste beginnt.

 

Wie hoch sind die Druckkosten? 

Für die Berechnung der Druckkosten sind maßgeblich zwei Faktoren ausschlaggebend: Der Anschaffungspreis des 3D-Druckers und die Materialkosten. 
Als Beispielrechnung soll folgendes Szenario dienen, die Stromkosten werden dabei vernachlässigt, da diese beim Ausdruck eines kleinen 15 Gramm Objektes nicht ins Gewicht fallen:

  • Anschaffungspreis des 3D-Druckers: 1000,- EUR
  • Abschreibungspflicht: 3 Jahre (1095 Tage)
  • PLA Filament: 17 EUR / Kilogramm
  • Pro Tag wird ein Modell mit einem Gewicht von 15 Gramm gedruckt
Die Anschaffungskosten des 3D-Druckers belaufen sich so auf 91 Eurocent (1000 EUR / 1095 Tage). Die Kosten für das Material pro Modell liegen bei rund 25,5 Eurocent. Die Gesamtkosten betragen in dieser Beispielrechnung also knapp 1,16 Euro.

Was sind die Vor- und Nachteile von 3D-Druckern ?

Wie jedes technische Gerät haben natürlich auch 3D-Drucker ihre Vorteile aber auch ihre Nachteile.
Erwähnenswerte Vorteile sind:

  • geringer Platzbedarf (daher ja für Privatanwender geeignet)
  • leises, emissionsloses, detailgetreues Drucken möglich
  • kaum Vorbereitungszeit
  • Modelle sind anpassbar und somit individualisierbar
  • schnelle Reproduzierbarkeit

Nachteile von 3D-Druckern:

  • relativ hohe Anschaffungs- und Materialkosten
  • nicht jeder beliebige Gegenstand kann gedruckt werden
  • größere Modelle benötigen teilweise einige Tage bis sie fertig sind (Stromkosten) 

Von der Idee über den 3D-Druck zum Produkt: Eine Blumenvase