3D-Drucker

3-D-Drucker machen aus Computermodellen reale Gegenstände zum Anfassen und Benutzen. In diesem Ratgeber erfährst du, wie 3-D-Drucker funktionieren, was du alles damit machen kannst und welches Gerät sich für deinen Bedarf eignet.

Inhaltsverzeichnis

> Wie funktioniert ein 3-D-Drucker und wofür ist er geeignet?
> Welche Komponenten brauche ich zum 3-D-Drucken?
> Worauf sollte ich beim Druckerkauf für 3-D-Objekte achten?
> Welcher 3-D-Drucker ist für mich geeignet?

Wie funktioniert ein 3-D-Drucker und wofür ist er geeignet?

• Ein 3-D-Drucker erschafft plastische Objekte in drei Dimensionen, indem Materialschichten aus geschmolzenem Kunststoff scheibchenweise aufeinander aufgetragen werden.
• Durch die Beschaffenheit des Druckmaterials (Fachjargon „Filament“) lassen sich verschiedene Materialstärken, Oberflächenstrukturen und Farben realisieren.
• Im kreativen Bereich kannst du mit einem 3-D-Drucker unter anderem Schmuck, Skulpturen oder Modelle erschaffen.
• Für Reparaturen druckst du kleine Bauteile und Ersatzteile aus Kunststoff wie Scharniere, Verbindungsstücke oder Halterungen.
• Auch Objekte für Haushalt und Büro lassen sich mit einem 3-D-Drucker anfertigen, etwa Tassen, Vasen oder Smartphone-Hüllen.

Welche Komponenten brauche ich zum 3-D-Drucken?

Hardware: Druckvarianten

• Grundsätzlich funktionieren alle 3-D-Printer ähnlich wie Tintenstrahldrucker oder Laserdrucker, außer dass sich ihr Druckkopf und die Druckfläche nicht nur in einer Ebene, sondern in allen drei Raumrichtungen bewegen.
• Die meisten Geräte für den Heimgebrauch arbeiten nach der sogenannten Fused-Deposition-Modeling-Methode, kurz FDM.
• Das FDM-Verfahren ähnelt der Funktionsweise einer Klebepistole. Ein Kunststofffaden wird im Druckkopf aufgeschmolzen und durch eine Düse gepresst, die im Fachjargon als Extruder bezeichnet wird.
• Andere Geräte wie Fused-Filament-Fabrication- oder FFF-Drucker nutzen als Werkstoff Filamente, die sich mittels kleiner Häkchen an den Enden zu einem quasi endlosen Strang verketten.
• Der Vorteil von FFF ist, dass die Filamente in vielen verschiedenen Druckern eingesetzt werden können und in einer großen Auswahl an Farben und Kunststoffen lieferbar sind.
• Drucker mit Digital Light Processing (DLP) arbeiten mit zähflüssigem Harz (Resin), das mit UV-Licht über ein hochauflösendes Display belichtet wird.
• DLP-Drucker sind sehr präzise und preiswert, jedoch auf kleine Werkstücke beschränkt.

Werkstoff: Filament

3-D-Drucker können nur Werkstoffe verarbeiten, die beim Erhitzen flüssig werden. Derzeit sind die folgenden vier Kunststoffe als Filament gängig:

• PLA (Polyactid): PLA ist biologisch abbaubar und weist einen geringen Schmelzpunkt auf, was zu schnelleren und präziseren Druckergebnissen führt. Die empfohlene Extruder-Temperatur beträgt 210 °C und die Druckunterlage sollte auf 45 °C erwärmt werden.
• PVA (Polyvinylalkohol): PVA ist wasserlöslich und zeichnet sich durch gute Hafteigenschaften aus. Deshalb ist es hervorragend als Stützmaterial geeignet. Temperaturen: 200 °C (Extruder) und 60 °C (Druckunterlage).
• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol): ABS ist sehr hart und beständig, was es für stabile, langlebige Modelle oder Gebrauchsgegenstände prädestiniert. Temperaturen: 250 °C (Extruder) und 80 °C (Druckunterlage).
• Nylon (Polyamid): Nylon ist weitgehend unempfindlich gegen Chemikalien und ultraviolettes Licht. Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine hohe Flexibilität und Stabilität aus. Temperaturen: 245 °C (Extruder) und 80 °C (Druckunterlage).

Software: Slicer

• Damit ein 3-D-Printer einen Gegenstand herstellen kann, braucht er einen sogenannten G-Code, der in einer Slicer-Software erzeugt wird (von Englisch „to slice“, „in Scheiben schneiden“).
• Die erforderlichen Daten bekommst du, indem du ein vorhandenes Objekt mit einem Scanner einliest, ein fertiges Modell aus einer Online-Bibliothek herunterlädst oder mit einer entsprechenden Software selbst ein Modell konstruierst.
• Solche dreidimensionalen Modelle kannst du mit verschiedenen, teils kostenlos erhältlichen Slider-Programmen erstellen. Viele Hersteller legen ihrem Drucker bereits eine passende PC-Software bei.

Worauf sollte ich beim Druckerkauf für 3-D-Objekte achten?

Bausatz oder Fertiggerät

Mit dem Kauf eines Bausatzes kannst du Geld sparen, solltest jedoch die Zeit und das nötige Geschick für den Zusammenbau der Einzelteile mitbringen. Druckerbausätze haben meist eine offene Konstruktion – die entweichende Hitze führt zu einem höheren Energieverbrauch und der Geruch von geschmolzenem Kunststoff kann sich leichter verbreiten. Fertiggeräte sind zwar etwas teurer als Bausätze, verfügen jedoch meist über Gehäuse mit dicht schließenden Türen.

Maximale Objektgröße

Kompakte 3-D-Drucker aus dem Einstiegssektor können nur kleine Objekte mit einer Kantenlänge von maximal 15 cm herstellen. Das liegt am Volumen des Druckraums, den sich Werkstück, Druckbett, Extruder und Führungsmechanik teilen. Drucker aus der Mittelklasse bieten Platz für Objekte mit einer Kantenlänge von 20 bis 30 cm, wobei die Objekthöhe oftmals geringer ausfällt als die Länge und Breite. Modelle aus der Oberklasse haben ein großes Volumen für Objekthöhen von über 50 cm. Profidrucker für den gewerblichen Bereich können Objekte mit einer Länge von bis zu 1 m aufbauen.

Druckbett (Bodenplatte)

Die Abmessungen der Bodenplatte limitieren die druckbare Objektgröße. Achte darauf, dass das Druckbett mit einer Beschichtung zum leichten Entnehmen des fertigen Werkstücks ausgestattet ist. Beheizbare Bodenplatten sorgen für gleichmäßigere Druckergebnisse: Damit kannst du nahezu alle verfügbaren Filamente benutzen, da manche Materialien nur mit der entsprechenden Unterhitze korrekt verarbeitet werden können und auf einem kalten Druckbett schrumpfen würden.

Präzision

Beim 3-D-Druck wird zwischen der 2-D-Auflösung (Länge und Breite oder x- und y-Achse) und der Auflösung der Höhe (z-Achse) unterschieden. Letztere ist durch die Präzision der Mechanik vorgegeben, die das Druckbett während des Druckvorgangs in ganz feinen Schritten nach unten fahren lässt. Gute 3-D-Drucker erzielen Auflösungen von 0,01 mm für die x- und y-Achse sowie 0,005 mm für die z-Achse. Preiswerte Modelle erzielen zwar im x- und y-Bereich ähnlich gute Werte, verfügen aber über deutlich gröbere z-Werte, die bis zu 0,1 mm betragen können.

Druckgeschwindigkeit

3-D-Drucker arbeiten relativ langsam, was am komplexen Aufbau des Werkstücks in Tausenden Schichten liegt, die jeweils nur wenige Mikrometer hoch sind. Gängige 3-D-Printer für den Hausgebrauch schaffen zwischen 30 und 60 mm pro Sekunde, wobei die Geschwindigkeit in der Praxis oft niedriger ausfällt als vom Hersteller angegeben. So kann die Produktion eines großen Objekts zehn Stunden und mehr in Anspruch nehmen.

Anzahl der Extruder (Düsen)

Eine zweite Druckdüse ermöglicht nicht nur den Druck zweifarbiger Gegenstände, sie erleichtert auch die Fertigung komplizierter und besonders filigraner Objekte, die während des Druckvorgangs nicht stabil genug sind. Mit der zweiten Düse kannst du beispielsweise auch ein wasserlösliches Stützmaterial drucken, das du im Anschluss an den Druckvorgang ganz einfach auswäschst.

Extruder-Temperatur

Filamente mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung verfügen über verschiedene Schmelzpunkte. So lassen sich die verbreiteten PLA- und PVA-Filamente bei Temperaturen zwischen 190 und 230 °C verarbeiten, während das stabile und beständige ABS-Filament 235 bis 265 °C benötigt. Ein Extruder, der den Temperaturbereich zwischen 180 und 260 °C beherrscht, eignet sich für nahezu alle verfügbaren Filamente inklusive Spezialtypen mit Holz- oder Metallanteilen.

Tipp: Viele Hersteller versorgen dich mit Listen der Materialien, die das jeweilige Modell verarbeiten kann. Die entsprechenden Angaben finden sich normalerweise auf der betreffenden Hersteller-Website.

Schnittstellen zur Datenübertragung

Einige 3-D-Drucker verfügen neben dem standardmäßigen USB-Anschluss über eine Schnittstelle für Speicherkarten im SD-Format, sodass du den Druck auch unabhängig von einem angeschlossenen Computer vornehmen kannst. Moderne Geräte klinken sich kabellos ins WLAN ein und erlauben damit sogar die Datenübertragung von Smartphone oder Tablet. Für den professionellen Einsatz empfiehlt sich ein Modell mit Ethernet-Netzwerkschnittstelle. Damit kannst du beispielsweise den Drucker im Hobbykeller über das kabelgebundene Heimnetzwerk mit Daten vom Computer im ersten Stock füttern.

Welcher 3-D-Drucker ist für mich geeignet?

3-D-Printer für Einsteiger und Produzenten kleiner Werkstücke

Wenn du einfach nur in die Welt des 3-D-Drucks hineinschnuppern oder ausschließlich sehr kleine Werkstücke produzieren möchtest, entscheidest du dich für ein Einsteigermodell. Solche Geräte zeichnen sich durch eine leichte Installation und Bedienung aus, sind allerdings auf sehr kleine Werkstücke mit einem Kantenmaß von 10 bis 15 cm in Höhe, Breite oder Tiefe beschränkt. DLP-Drucker für Einsteiger sind ab rund 185 € erhältlich, während Modelle mit Filament-Technologie ab etwa 250 € zu haben sind.

3-D-Drucker für ambitionierte Kreative

Möchtest du regelmäßig mittelgroße 3-D-Objekte mit hoher Präzision und in akzeptabler Geschwindigkeit drucken, greifst du zu einem Filament-Drucker der Mittelklasse. Solche 3-D-Printer sind mit WLAN, Netzwerkbuchse und Speicherkarteneinschub sehr anschlussfreudig. Das maximale Kantenmaß in dieser Druckerklasse liegt zwischen 15 und 30 cm. Kostenpunkt je nach Größe und Ausstattung: zwischen 400 und 1.400 €.

Professionelle Drucker für 3-D-Konstrukteure

Für den intensiven Hobby-Einsatz oder im professionellen Bereich entscheidest du dich für einen großformatigen 3-D-Drucker mit mehreren Extrudern und technischer Vollausstattung. Große Objekte mit einer Kantenlänge von bis zu 60 cm stellen für diese geräumigen 3-D-Printer zu Preisen zwischen 1.500 und 6.500 € kein Problem dar. Drucker für den gewerblichen Einsatz kosten bis zu knapp 40.000 € und bewältigen Objekte bis zu einem enormen Kantenmaß von 1 m.