3D-Drucker

Der 3D-Druck, eine Technik, die einen an so manches Science-Fiction-Szenario erinnert, ist heute bereits Wirklichkeit. Auch wenn die Technik noch weit entfernt ist von Replikatoren à la StarTrek und Co, liefert sie schon heute beeindruckende Ergebnisse. Das erste bekannte Gerät, das man als 3D-Drucker bezeichnen kann, wurde in den 80er-Jahren von Charles Hull entwickelt. Durch die hohen Material- und Druckkosten zu dieser Zeit, erreichte der dreidimensionale Druck in der Öffentlichkeit jedoch keinen großen Bekanntheitsgrad. Erst im 21. Jahrhundert sanken diese Kosten so weit, dass 3D-Druckgeräte für den Massenmarkt tauglich wurden.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker überhaupt?

Das 3D-Druckverfahren ist ein sogenanntes additives, beziehungsweise generatives Druckverfahren. Es diente bis vor Kurzem vorwiegend der schnellen und kostengünstigen Fertigung von Mustern und Modellen. Seit es sich auf dem Massenmarkt etabliert hat, wird es jedoch auch immer häufiger für Endprodukte eingesetzt. In der Regel werden schmelzbare Kunststoffe, aber längst auch andere Materialien mittels Hitze verflüssigt und Schicht für Schicht, bis zum fertigen Endprodukt aufgetragen. Den Ablauf dieser Auftragung regelt ein Computer, der mit einer speziellen Schnittstelle, in Form einer Software, mit dem Druckgerät kommuniziert und Anweisungen gibt.

Aktuell haben sich unterschiedliche Fertigungstechniken am Markt etabliert.

• Fused Filament Fabrication (FFF)

• Plastic Jet Printing (PJP)

• Layer Plastic Deposition (LPD)

• Stereolithography (micro-SLA)

• Stick Deposition Moulding (SDM)

Aufgrund der Marktrelevanz wird hier nur auf die aktuell wichtigste Technik eingegangen.

Fused Filament Fabrication

Bei dieser Technologie wird ein Filament, ein Faden oder Draht, der hauptsächlich aus Nylon, Polycarbonat oder anderen Kunststoffen besteht, langsam durch einen Heizblock geführt. Dadurch schmilzt das Kunststoff und kann - nun in flüssigem Zustand - in fast jeder erdenklichen Form aufgetragen werden. Bei der FFF-Technologie besteht eine große Ähnlichkeit zur sogenannten Fused Deposition Modeling Technik, welche nur aus patent- und namensschutzrechtlichen Gründen als andere Technik differenziert wird. Auch die anderen erwähnten Techniken sind - bis auf bestimmte Abweichungen - mit dem Fused Filament Fabrication-Druckverfahren vergleichbar.

Technische Eigenschaften des 3D Druckgerätes

Bevor man sich entscheidet einen 3D-Drucker zu kaufen ist es günstig, sich über die technischen Gegebenheiten zu erkundigen. Die verschiedenen Geräte können jeweils nur in bestimmten Größen und Geschwindigkeiten drucken. Die Druckgeschwindigkeit hängt maßgeblich von der Schichtdicke, Schmelzgeschwindigkeit des verwendeten Materials und anderen Faktoren ab.

Zumindest die Schichtdicke ist bei den meisten Geräten definiert. So ist der Großteil der verfügbaren Modelle in der Lage Schichten bis zu 0,1 mm zu drucken. Nicht wenige Drucker erreichen gerade einmal Dicken von 0,02 oder 0,05 mm. Einige Spitzenmodelle erreichen sogar 0,2 oder 0,4 mm. Die Schmelz- und Verarbeitungsgeschwindigkeit muss je nach Material entsprechend beachtet werden.

Auch der Düsendurchmesser hat seinen Anteil an der Geschwindigkeit, in der ein Werkstück gefertigt werden kann. Ein großer Teil der Druckgeräte verfügt über Düsendurchmesser von 0,4 mm. Jeweils ähnlich viele Modelle weisen einen Durchmesser von 0,35 und 0,5 mm auf.

Die Druckgeschwindigkeiten sind breit gefächert. Sie liegen in Bereichen zwischen 14 und 300 mm in der Sekunde. Einige wenige Modelle erreichen sogar Spitzenwerte von 1800 mm in einer Sekunde.

Übertragung der Daten

Ein 3D-Drucker benötigt einen Computer, der die Daten in einer für ihn verständlichen Sprache überträgt. Dafür sind mehrere Dinge notwendig.

• Grafik-/Designprogramm mit 3D-Druck-Schnittstelle

• kompatibles Betriebssystem

• passende Anschlussmöglichkeit an Drucker und PC

Die passende Anschlussmöglichkeit oder Schnittstelle ist essenziell, um dem Drucker seinen Arbeitsauftrag mitzuteilen. Dies kann auf unterschiedlichen Wegen funktionieren. In den meisten Fällen lassen sich Computer und 3D-Drucker per USB 2.0 verbinden. Auch Bluetooth wird hin und wieder unterstützt. Beliebt sind außerdem die bekannten Netzwerkschnittstellen WLAN und Ethernet. Einige Druckgeräte können auch vorbereitete Dateien von einer SD-Karte lesen. Dafür ist am Druckgerät ein Kartenlesegerät verbaut.

Die beliebtesten und besten Geräte

3D-Drucker sind leider nach wie vor meist sehr kostspielig. Auch wenn die Kosten seit den ersten Patenten in den 80ern massiv gesunken sind, erreichen sie durchaus Preise, für die auch ein gebrauchter Kleinwagen zu haben wäre. Auch das beliebteste Produkt der idealo-Nutzer, der Ultimaking Ultimaker 2.0, macht hier keine Ausnahme. Jedoch ist er eines der besten Modelle, die zur Zeit zu haben sind. Namhafte Tester wie die Computerbild und Chip vergaben gute bis sehr gute Bewertungen. Demnach sei die Qualität der Druckerzeugnisse hoch und das Design elegant. Negativ waren lediglich der hohe Preis und der starke Geruch beim Drucken

Ebenfalls unter den Topprodukten, ist der K8200 von Velleman. Auch hier konnte die Druckqualität überzeugen. Darüber hinaus ist der Preis für derartige Qualität durchaus erschwinglich. Als Wermutstropfen wurde jedoch angegeben, dass der Aufbau schwierig und die Heizplatte zu schwach sei.

Fazit

Nach wie vor findet man 3D-Drucker eher in Firmen, die Modelle oder Einzelstücke produzieren. Auch wenn bereits erheblich günstiger als in den frühen Anfängen, ist die Anschaffung eines 3D-Druckers im privaten Bereich noch immer eher unwirtschaftlich. In den nächsten Jahren wird die Technik jedoch voraussichtlich immer mehr verfeinert, sodass die Preise sinken werden. In vielen Bereichen sollen diese Druckgeräte wahrhafte Revolutionen auslösen. Zum Beispiel wird der Einsatz für Medizin, Raumfahrt und andere wissenschaftliche Bereiche erforscht. Doch auch in der heimischen Industrie, wie der Autobaubranche und vielen anderen Bereichen, kann der 3D-Druck wahre Wunder bewirken. Vor allem in Hinsicht auf die fortschreitende Automation der Industrie, ist diese Druckart einer der größten Hoffnungsträger.