Wie funktioniert ein 3D Drucker?

Vor einigen Jahren war es nur in Science Fiction Filmen zu sehen: Sie konnten sich allerlei Gegenstände einfach ausdrucken. Heute ist dieser Gedanke nicht mehr reine Fiktion, sondern mit einem 3D Drucker können Sie Tassen, Figuren, Werkzeuge, Lampen und so viel mehr einfach ausdrucken. Natürlich steht nun die Frage im Raum: Wie funktioniert ein 3D Drucker? Neben der reinen Funktionsweise wird auch auf die Kosten eingegangen und was ein 3D Drucker alles kann. Somit werden Sie schnell sehen, dass ein 3D Drucker eine tolle Anschaffung ist, welche Sie nicht so schnell bereuen werden.

Inhalt

1. Einblicke in die Geschichte – Was ist ein 3D Drucker?

Bevor wir uns zu sehr mit der Frage „Wie funktioniert ein 3D Drucker“ beschäftigen, sollten Sie kurz die Geschichte von den heute bekannten Druckern kennenlernen. Gänzlich neu ist der 3D Druck natürlich nicht. Schon in den 80er Jahren hat dieser Verwendung in der Flugzeug- und Automobilbranche gefunden. Es wurden passgenaue Bauteile aus Filament hergestellt. Jedoch sind die Drucker nicht mit den heutigen Modellen vergleichbar, sondern sie waren gigantisch.

Abhilfe schaffte die Firma Solidoodle, welche zum ersten Mal die 3D Drucker auch für den Heimgebrauch bereitstellte. Die Geräte waren wesentlich kleiner und konnten natürlich auch nur dementsprechend grosse Werkstücke fertigen. Die Anfangsgeräte waren auch nicht so teuer, wie Sie vielleicht denken. Sie konnten Sie mit einem Tintenstrahldrucker der gehobenen Preisklasse vergleichen.

Dafür mussten Sie aber viele Abstriche in Sachen Druckqualität machen. Auch die Grösse war auf 4 x 4 x 4 Zoll beschränkt. Möglich war es den Drucker durch verschiedene Bausätze aufzuwerten, wie beispielsweise eine neue Grösse oder ein schickes Aussengehäuse. Dennoch waren die 3D Drucker für viele unbezahlbar, wenn Sie Wert auf Qualität gelegt haben.

Heute gibt es passende 3D-Drucker Modelle, welche zwar auch nicht gerade günstig sind, dennoch erhalten Sie hohe Qualität.

2. 3D Drucker Funktionsweise – Wie funktioniert er?

Um die vielen Funktionen von einem 3D Drucker in Anspruch zu nehmen müssen Sie wissen, was kann ein 3D Drucker. Sie können das Gerät nicht mehr mit einem traditionellen Drucker vergleichen. Immerhin drucken Sie nicht auf Papier oder Stoff, sondern ganze Gegenstände aus. Ob nun eine Gabel, einen Schuh oder eine Handyhülle, mit dem 3D Drucker ist alles machbar.

Bevor Sie mit dem Druck beginnen können benötigen Sie eine zweidimensionale Vorlage, welche Sie am PC erstellen. Dazu benötigen Sie eine CAD-Software, die es heute sogar kostenlos zum Herunterladen gibt. Auch Apps sind vorhanden, welche den Prozess der Modellierung erleichtern.

Sie könnten auch einen 3D Scanner verwenden, welcher eine zweidimensionale Vorlage automatisch an den 3D Drucker sendet. Erst nachdem das zu druckende Objekt komplett generiert oder gescannt wurde, kann es mit dem Druckprozess losgehen.

3. Die Druckverfahren vom 3D Drucker

Die Frage „Was können 3D Drucker“ wird schnell geklärt, wenn Sie sich mit den einzelnen Druckverfahren beschäftigen. Immerhin ist der 3D Drucker Aufbau nicht immer identisch, weshalb unterschiedliche Druckvorgänge genutzt werden. Wie gut der jeweilige Druck ist hängt nicht nur von der Technik ab, sondern auch dem verwendeten Material.

3.1. Stereolithographie

Das am weitesten verbreitete und die älteste Technik ist das Stereolithographie-Verfahren. Bei diesem wird eine dünne und formbare Schicht aus Kunstharz in ein Becken gegossen. Ein kleiner UV-Laser belichtet dieses Harz nun, damit es gehärtet wird. Danach wird die zweite Schicht aufgetragen und so weiter.

Durch das besonders dünne Schichtverfahren sind sehr glatte und feine Strukturen erschaffbar.

3.2. Selektives Laserintering

Bei diesem beliebten Druckverfahren des selektiven Laserinterings wird ein Pulver aus verschiedenen Materialien genutzt, worunter Metalle, Keramik und Kunststoffe fallen. Diese werden schichtweise auf der Arbeitsplatte verteilt und anschliessend per Roller- oder Rakelmechanismus mit Hilfe eines Lasers miteinander verschmolzen.

3.3. Fused Deposition Modeling

Das Verfahren Fused Deposition Modeling wird auch gerne Schichtschmelzverfahren genannt. Es ist ebenfalls recht populär und wird häufig genutzt. Das Druckmaterial wird hierbei durch beheizte Düsen geleitet und dadurch geschmolzen. Anschliessend wird das flüssige Material in einzelnen Schichten auf die Bauplatte aufgetragen.

Die Schichten sind nicht dicker, als ein Bruchteil eines Millimeters. An der Luft trocknen Sie aus.

3.4. Luminated Object Manufacturing

Mit dieser Technik wird hauptsächlich Papier oder Kunststoff verarbeitet. Der Drucker klebt sie schichtweise aufeinander und schneidet anschliessend die Konturen mit einem Schneidewerkzeug, wie einem Messer oder Laser, nach. Dadurch entstehen glatte und filigrane Kanten.

4. Die Funktionen eines 3D-Druckers zusammengefasst

Auch, wenn unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen, sind die Vorgänge recht ähnlich. In der Regel wird immer schichtweise gearbeitet. Insofern hat ein 3D Drucker eine Arbeitsplatte im unteren Bereich. Je nach verwendeten Material ist diese kalt oder erhitzt. Nun trägt eine Düse oder ein anderes Werkstück das Material auf.

Je nach verwendeten Technik ist das Material entweder schon im geschmolzenen Zustand oder wird nun erhitzt. Danach kann die nächste Schicht aufgetragen werden. So arbeitet sich der Drucker voran, bis das Modell fertig ist. Die Erstellung von einem Objekt kann mehrere Stunden dauern, abhängig davon wie gross und komplex das Modell ist.

Sie sollten aber bedenken, dass Sie bei manchen Werkstücken noch „nacharbeiten“ müssen. Da der Drucker das Werkstück Schicht für Schicht aufträgt, ist es nicht möglich, dass „freihängende“ Objekte ohne Bodenkontakt erstellt werden, beispielsweise der Hals bei einem Langhalsdinosaurier.

Somit müssen Sie die Reste, welche alleine der Stabilisation beim Druck dienten, im Nachhinein entfernen. Hochwertige Drucker übernehmen diesen Schritt für Sie.

Die Drucktechnik entscheidet ebenso darüber, wie detailliert ein Werkstück ist. Je feiner das Ausgangsmaterial und die Technik, desto detaillierter wird das spätere Ergebnis.

5. Was kostet ein 3D Drucker?

Die Frage „Was kosten 3D Drucker“ wird Ihnen sicherlich nicht aus dem Sinn gehen, wenn Sie sich erst einmal für die Funktionen begeistert haben. Es sollte Ihnen klar sein, dass Sie hochwertige und gute 3D Drucker nicht für kleines Geld im Handel kaufen können. Die Preise für die Drucker sind gehoben, doch nicht mehr unbezahlbar.

Ein sehr simples Gerät, welches lange für den “Druck“ benötigt und auch nicht gerade zu den filigransten Herstellern gehört, kostet im Handel zwischen 600 und 800 Euro. Selbstverständlich sollten Sie sich im Klaren darüber sein, dann die ausgeworfenen Werkstücke sicherlich nicht perfekt sind.

Wollen Sie den 3D Drucker jedoch in Firmen oder Unternehmen einsetzen und achten deswegen auf hohe Qualität, dann müssen Sie mehr Geld auf den Tisch legen. Wirkliche Spitzenmodelle für filigrane Arbeiten und hochwertige Werkstücke kosten zwischen 1.500 und 4.000 Euro. Natürlich ist nach oben hin immer Luft, sodass es auch noch wesentlich teurere Angebote gibt.

Vergessen Sie aber nicht das Verbrauchsmaterial, welches Sie für den Druck benötigen. Je nach Modell benötigen Sie ein anderes Filament, wie PLA oder ABS. Die Kosten für eine Rolle liegen zwischen 15 und 50 Euro.

Im TonerPartner-Blog finden Sie einen Beitrag zum Thema Preise neuer 3D-Drucker.

6. Die 3D Drucker Einsatzgebiete

Sicherlich wollen Sie wissen für was Sie einen 3D Drucker überhaupt verwenden können. Zu den Anfangszeiten war ein 3D Drucker einfach für die Produktion von Werkstücken verantwortlich. Insofern wurden verschiedene Teile aus Kunststoff hergestellt, die anschliessend in Maschinen, Flugzeugen oder Fahrzeugen zum Einsatz kamen.

Durch die Kommerzialisierung des 3D Druckers war dieser gerade zu Beginn, als sich auch „Normalsterbliche“ das Gerät leisten kosten, nur für Spass gedacht. Sie konnten Figuren, kleine Abbilder oder andere Kleinigkeiten ausdrucken. Heute ist der 3D Drucker in allen Bereichen tätig. Das bedeutet, es werden heute sogar komplette Maschinen oder Hilfsmittel alleine mit dem 3D Drucker gefertigt.

Beispielsweise greift die Medizin oftmals auf einen 3D Drucker zurück. Insoweit wird daran gearbeitet, den klassischen Gips für einen Bruch durch ein Modell aus Filament zu ersetzen. Da sich das Gerät immer weiterentwickelt, wird es auch in den nächsten Jahren immer mehr Funktionen und Möglichkeiten erhalten. Immerhin könnten Sie heute schon einen 3D Drucker mit einem solchen Drucker ausdrucken. Am Ende müssen Sie die meisten Bauteile einfach nur noch zusammensetzen.

7. Welches Material kommt beim 3D Drucker zum Einsatz?

Die meisten 3D Drucker verwenden Kunststoff um Objekte zu drucken. Der Kunststoff wird oftmals in „Drahtform“ verkauft. Insofern ist der dünne Kunststoff auf eine Rolle aufgespielt und wird langsam dem Drucker zugeführt. Mittlerweile gibt es aber auch noch andere Materialien, wie Metall, Gips, Gummi oder Sand.

Sogar der Druck vom Lebensmitteln, wie Keksen, Nudeln oder Pizza, ist heute schon gelungen, jedoch noch nicht ganz ausgereift. Dennoch kommen 3D Drucker in diversen Lebensmittelfirmen zum Einsatz, wie bei Barilla. Hier werden seit Jahren 3D Drucker für verschiedene Pasta-Sorten verwendet.

Doch auch die Medizin verzichtet nicht auf die Technik, wobei nicht alleine mit Kunststoff gearbeitet wird. Es ist Ärzten im Jahre 2013 gelungen, dass diese ganze Organe aus lebenden Stammzellen drucken konnten.

Ebenso beliebt ist der 3D Druck in der Modewelt. Somit werden verschiedene Teile der Kleidung einfach gedruckt. Neben Kunststoff kommt in der Modewelt auch Latex oder Baumwolle zum Einsatz. Somit können in einem 3D Drucker im Grunde viele unterschiedliche Materialien verwendet werden.

Sie sollen natürlich bedenken, dass nicht jeder Drucker alle Verbrauchsmaterialien nutzen kann. Ein herkömmliches Modell für den Heimgebrauch arbeitet alleine mit Kunststoff.

8. Die Vor- und Nachteile von 3D Druckern

Hier gehen wir noch auf die Vorteile und Nachteile eines 3D Druckers ein.

8.1. Die 3D-Drucker Vorteile

• Sie haben mit einem 3D Drucker die Möglichkeit fast jeden Gegenstand herzustellen.

• Hochwertige 3D Drucker erlauben sehr detailgetreue Abbildungen.

• Sie können die Gegenstände anpassen und individualisieren.

• Alle Gegenstände sind reproduzierbar.

Das bedeutet, Sie können diese immer wieder ausdrucken, wenn Sie noch die 2D-Vorlage besitzen.

8.2. Die 3D-Drucker Nachteile

• Die hohen Anschaffungs- und Materialkosten sind sicherlich der grösste Negativpunkt von einem 3D Drucker.

• Sie müssen bei einem guten Gerät mit mindestens 1.000 Euro rechnen.

• Hinzu kommen die Kosten für das Material, welche sich zwischen 15 und 50 Euro bewegen.

• Alle Gegenstände sind mit dem 3D Drucker nicht machbar, was aber alleine an der begrenzten Auswahl an Werkstoffen, wie Plastik oder Metall, liegt.

• Die Auflösung des Modells kann stark von Original abweichen.

• Sie verwenden beispielsweise eine sehr detaillierte Figur und wollen diese nun ausdrucken.

• Die feinen Details können aber vom Drucker nur schwer erfasst werden, weshalb es zu Qualitätseinbussen kommt.

Kleine und simple Objekte können in wenigen Minuten ausgedruckt werden, wobei grosse Modelle oftmals mehrere Stunden oder sogar Tage benötigen.

9. Das Fazit

Heute sind 3D Drucker sicherlich kein Nischenprodukte mehr und kommen in unendlich vielen Bereichen zum Einsatz. Sie können sich auch im Heimgebrauch von den Drucker überzeugen, wobei Ihnen viele Wege offen stehen. Sie können sich nicht alleine zwischen verschiedenen Techniken entscheiden, sondern auch Verbrauchsmaterialien, Formen und vielem mehr. Somit ist das Gerät ein grosser Spass.

Wichtig ist, dass Sie das nötige Kleingeld besitzen, sowie Grundkenntnisse über Software und Aufbau.
 

Weitere Themen

• MultiFab 3D: Bessere Auflösungen für komplexere Modelle
• 3D-Drucker Hersteller überzeugen mit bewährter Technik
• Druckerarten
• Wie wird Tinte hergestellt?