3D Drucker für den Heimgebrauch

3D Drucker sind endlich auch für den Privatgebrauch unkompliziert und bezahlbar erhältlich. Hier bekommst du alle wichtigen Informationen zum Thema 3D Drucker. Auf was bei einem Modell geachtet werden sollte, wie ein 3D Drucker eigentlich funktioniert und für welche Materialien und Anwendungen er geeignet ist, das erfährst du hier auf Kometblue.de

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▷ unsere 4 Favoriten 2019 für den Heimgebrauch

Modelle für den 3D Drucker

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Inspiration für dein 3D Drucker

Die Auswahl an kostenlosen Vorlagen für deinen heimischen 3D Drucker ist mittlerweile gigantisch. Es gibt nicht nur unzählige lustige, wunderschöne, skurrile und bizarre Vorlagen für Figuren, es finden sich auch viele nützliche für Gebrauchsgegenstände darunter.

Du hast die Wahl, ob du deine Lieblingsfigur aus dem 3D Drucker als Miniatur erscheinen lassen willst, oder ganz praktische Gegenstände wie Ersatzwerkzeug, Campingzubehör oder dekorative Behälter wie z.B. Pflanzentöpfe. Druckvorlagen für Einzelteile eines Aufbewahrungssystems für deine Schreibutensilien oder für Snacks findest du genauso wie solche für kleine fertige Behältnisse.

Druck dir dein eigenes Spielzeug aus wie z.B. einen Fidget Spinner, Würfel oder Ersatzfiguren für ein Brettspiel. Auch individuelle Schlüsselanhänger sind immer beliebt. Erfreue dein Kind mit einem selbst produzierten Spielzeugboot oder -auto.

Interessierst du dich für Modellbau? Hier sind deinen Vorstellungen kaum Grenzen gesetzt. Die Einzelteile der Modelle lassen sich in perfekter Ausführung ausdrucken und dann später einfach zusammenbauen. Der Aufbau ganzer Städte ist mit dem 3D Drucker möglich. Druck dir dein Lieblingsbauwerk und die passenden Häuser als Miniatur dazu ganz einfach aus.

Tierfreunde können mit dem 3D Drucker ihre Lieblinge verewigen. Du findest leicht Vorlagen zum Download für zahllose Tierarten. Kleintiere wie Insekten verblüffen wegen der Originalgröße ganz besonders.

Deko für Halloween, Weihnachten und andere Feiertage kannst du nun deinen Wünschen nach ganz individuell aussuchen und einfach mit deinem 3D Drucker ausdrucken. Probiere mit deinem 3D Drucker eine schwarze Witwen-Spinne oder eine Fledermaus für Halloween aus, sie werden täuschend echt aussehen. An Fasching kannst du nun dein extra gestaltetes, einzigartiges Schmuck-Unikat tragen. Wie wäre es mit selbst gedruckten Plätzchenausstechern oder Tannenbaumschmuck? Egal, für welche Deko du dich entscheidest, es wird sicher der Hingucker des nächsten Festes!

Mit einem 3D Drucker sind auch filigrane Modelle ganz unkompliziert möglich, wie z.B. Zahnräder, Gitterkugeln, Schriftzüge und sogar Brillen-Rahmen mit Bügeln.

Der Fantasie sind also kaum Grenzen gesetzt, mit ziemlicher 

Sicherheit wirst du auf den Download-Seiten recht schnell dein Lieblingsmotiv zum Download für deinen 3D Drucker entdecken!

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3D Drucker geeignet für den Heimgebrauch?

Der Einsatz von 3D Druckern ist vielfältig und lohnt sich für fast jeden. All die kleinen Einzelteile, die man früher in Geschäften mühselig suchen musste, kann man nun bequem und rasch selbst ausdrucken. Sei es der Griff der Balkontür, der abgebrochen ist, das Werkzeug, was gerade nicht zur Hand ist oder fehlende Elemente im Modellbau und in der Technik. Passende Vorlagen zum Download für Kleinteile gibt es zuhauf, eine weitere Möglichkeit ist das selbständige Scannen und Bearbeiten der Modelle am PC.

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3D Druck für all die Kleinteile wird schon seit langem in der Industrie verwendet. Da 3D Drucker in guter Qualität mittlerweile bezahlbar sind, nutzen Privathaushalte auch immer mehr diese Alternative. Das vermeidet Überproduktion von Sortimenten und ausufernde Ersatzteillager, es erspart zudem Zeit durch Vermeidung langer Transportwege, sowie die teuren Portokosten.

Nicht zu vergessen ist die für viele wichtige individuelle Gestaltungsmöglichkeit, das heißt, du kannst deiner Fantasie und Kreativität bei der Wahl der Objekte freien Lauf lassen und bist nicht auf vorgegebene Artikel in Shops angewiesen.

Also: Du sparst Zeit, du kannst deinen 3D Drucker zu jeder Tages- und Nachtzeit benutzen, du sparst die Versandkosten und hast die freie Wahl deinen persönlichen Geschmack in die 3D Druck-Objekte fließen zu lassen.

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Materialien für den 3D Drucker 

Das Material – auch Filament genannt – ist abhängig vom Einsatz des 3D Druckers. In der Forschung und Medizintechnik beispielsweise ist es ein völlig anderes als bei deinem privat genutzten 3D Drucker. Hier findest du die wichtigsten Informationen zu den interessantesten Werkstoffen und Substanzen:

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Kunststoffe

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PLA 

PLA steht für Polylactide

Dieses Material wird wohl am häufigsten für private 3D Drucker verwendet. Es ist ein Kunststoff, der auf der Basis von natürlicher Milchsäure hergestellt wird. Das hat viele Vorteile für den Nutzer: Es ist ungiftig, riecht während des Erhitzens kaum und ist sogar recyclebar.
PLA gibt es mittlerweile in vielen Farb- und Spezialmischungen. Es ist gerade für Anfänger bei 3D Druckern gut geeignet, da es zudem sehr einfach zu handhaben ist.

PHA 

PHA steht für Polyhydroxyfettsäure

Bei PHA handelt es sich ebenfalls um einen Bio-Kunststoff. Für den 3D Druck kommt er aber nur als Beimischung zum PLA zum Einsatz. Dadurch wird beispielsweise die Festigkeit von PLA verstärkt.
PHA ist im Gegensatz zu PLA sehr UV-beständig.

ABS 

ABS steht für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere

ABS wird aus Erdöl hergestellt und ist ein sogenannter thermoplastischer Kunststoff. Er schmilzt erst ab einer Temperatur von 220 – 250°C und verformt sich leicht, wenn er zu schnell abgekühlt wird. Daher benötigt ein 3D Drucker, der dieses Material verwendet, ein beheiztes Druckbett. Ein Nachteil bei ABS ist der unangenehme Geruch nach verbranntem Plastik, der beim Erhitzen entsteht.
Ein bekanntes Produkt aus ABS sind z.B. die beliebten Lego-Steine.

HIPS

HIPS steht für High Impact Polystyrene

Dieses Material ist bekannt durch die Herstellung von Gehäusen für PCs, Telefone und Fernseher. Im 3D Druck wird es meist als Trägermaterial (Supportmaterial) verwendet, um überhängende Strukturen beim gedruckten Objekt zu ermöglichen. Es kann danach einfach ausgewaschen werden, z.B. mithilfe eines chemischen Limonenbades.
Das Material ist unbedenklich und kommt auch in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz.

PEEK 

PEEK steht für Polyetheretherkton

PEEK ist eines der hitzestabilsten Materialien für 3D Drucker. Die Schmelztemperatur liegt bei 335°C. Es ist sehr beständig gegen den Einfluss anderer chemischer Materialien, dafür aber leicht anfällig bei zu starker UV-Bestrahlung.

PETG 

PETG steht für Mischung aus Polyethylenterephthalat und Glycerol

Dieses Material wurde speziell für 3D Drucker entwickelt und hat daher auch gleich mehrere Vorteile: Es ist sehr flexibel, langlebig, es entstehen so gut wie keine störenden Gerüche und es ist sehr schlagfest. Daher eignet es sich gut für die Herstellung mechanischer Teile. Es ist zudem auch ungiftig bei Kontakt mit Lebensmitteln.

PEI/ULTEM 

PEI/ULTEM stehen für Polyetherimid/ULTEM

Das unter dem Markennamen ULTEM gebräuchliche Material wird hauptsätzlich für Spritzgussverfahren verwendet. Es ist feuer– und hitzebeständig und sehr fest. Zum Einsatz kommt es in der Elektronik-, Automobil-, sowie Luft- und Raumfahrtindustrie. Mittlerweile wird es auch sehr oft für 3D Drucker verwendet.

PA

Pa steht für Polyamid

Polyamid ist sehr zäh und fest und gehört ebenfalls zu den thermoplastischen Kunststoffen. Es ist unbedenklich beim Kontakt mit Lebensmitteln und es lassen sich damit praktisch rillenfreie Objekte drucken.
Oft wird es in der 3D Drucktechnik nicht nur im Schmelzschichtungsprozess eingesetzt, sondern auch als Pulver beim selektiven Lasersintern (SLS).
Zum Einsatz kommt das Material in der Medizintechnik für Prothesen, in der Robotik, in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie und bei der Verwendung von Spritzgussformen.

Resin 

Resin steht für synthetisches Kunstharz

Resin ist ein lichtempfindlicher Kunststoff (Photopolymer) welcher mittels Druckkopf auf eine 3D Plattform aufgetragen wird und durch eine integrierte UV-Lichtquelle im 3D Drucker sofort aushärtet.
Damit sind besonders feine Schichten und präzise Modelle möglich, sowie sehr glatte oder sehr detailreiche Oberflächen.
Resin ist in verschiedenen Stärken erhältlich, von gummiähnlicher Beschaffenheit bis zu Hartplastikstruktur. Es ist nachträglich gut weiter zu verarbeiten, mit Sekundenkleber, Säge oder Bohrer und mit allen gängigen Farblacken bemalbar

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Metalle

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Aluminium

Aluminium ist ein leichtes Metall, das dennoch sehr stabil ist. Es wird allein oder als Mischung mit anderen Metallen wie Silizium und Magnesium (Legierung) verwendet.
Ein Vorteil ist die porenfreie Oberfläche und die Korrosionsbeständigkeit. Der Schmelzpunkt liegt mit 660°C niedriger als z.B. bei Stahl und es lässt sich gut schweißen.
Durch diese Vorteile wird es für mechanische Bauteile aus dem 3D Drucker in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet, sowie bei Fahrzeugen und Fahrrädern.

Titan

Ähnlich wie Aluminium kommen Titan-Legierungen in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz, durch die hervorragende Verträglichkeit in Körpern (Bio-Kompatibilität) aber auch in der Medizin.
Der 3D Druck ermöglicht mit Titan komplexe Formen, die sehr stabil sind. Das ist ein großer Vorteil gegenüber herkömmlichem Herstellungsverfahren mit ungünstigen Schweißnähten.
Ein Nachteil bei Titan ist der hohe Anschaffungspreis, der 50 x so teuer wie gewöhnlicher Stahl ist.

Gold und Silber

Gold und Silber sind wie Aluminium und Titan reine chemische Elemente. Für 3D Drucker werden fast nur Legierungen verwendet, sehr gut geeignet ist hier Edelstahl. Es gibt zwei bewährte Verfahren für den 3D Druck zur Fertigung von Schmuck und Silber– und Goldobjekten:
Einmal durch mit Klebstoff benetzte Edelstahlpulverschichten, auf denen dann das Gold oder Silber aufgetragen wird, sowie der Guss von geschmolzenem Edelstahl in eine Form, die zuvor durch das Wachsausschmelzverfahren gefertigt wurde. Danach wird das Gold oder Silber von Hand aufgetragen

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Andere Materialen

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Gips

Gips eignet sich hervorragend für die Herstellung von Anschauungssmodellen von Gebäuden in der Architektur und von Körperteilen in der Biologie und Medizin mit Hilfe von 3D Druckern. Auch Hobbymodellbauer greifen gern auf Gips zurück.
Durch Farbbeimischungen kann der weiße Gips vielfältiger und bunt genutzt werden.
Ein fertiges Gipsobjekt ist sehr steif, allerdings auch leicht zerbrechlich. Die raue, porige Oberfläche kann nachträglich gut nachbearbeitet werden (Finishing). Mithilfe von Feinschliff und Zugabe von Filtraten und Lacken erhält es dann seine gewünschte Form.

Keramik

Keramik sind nichtmetallische, irdene Tonminerale wie Steingut, Steinzeug, Porzellan und Verbundkeramik. Es ist zugleich auch der Oberbegriff für geformte und gebrannte Gebrauchsgegenstände, Werkzeug und Bauteile.
In einem dafür spezialisierten 3D Drucker wird Keramik im SLM-Verfahren eingesetzt, z.B. als Titan-Keramik-Pulver. Das Material ist biokompatibel und eignet sich daher sowohl für den Einsatz in der Medizin, sowie in der Raumfahrt.

Lignin 

Lignine (Holzstoff) sind feste Biopolymere, die in der pflanzlichen Zellwand eingelagert werden und die Stabilität der Pflanze bewirken. Neben Cellulose und Chitin ist es die am häufigsten vorkommende organische Verbindung der Erde, es ist also ein ressourcenschonender, da nachwachsender Stoff mit guten stabilen Eigenschaften.
Oft wird Lignin für den 3D Druck nicht nur allein, sondern auch als Verbindung mit PLA angeboten.

Glas

Glas kann aus verschiedenen Materalien bestehen und wird je nach Anwendung anders zusammengemischt. Trinkgläser und Fensterglas werden z.B. aus Siliciumdioxid hergestellt.
Seit kurzem ist Glas auch für spezielle 3D Drucker verwendbar: Im Sechs-Achsen-Glasverfahren wird mithilfe eines Roboterarms geschmolzenes Glas auf eine Kachel aufgetragen. Das Verfahren steckt aber noch in den Kinderschuhen und komplexere Objekte lassen sich bisher damit nicht herstellen.

Carbon- und Graphit

Die Kohlenstoffkörper sind nach dem Druck im 3D Drucker sehr porös und müssen mit Polymer-Imprägnierung und Silizium- oder Metall-Infiltration nachbehandelt werden. Durch die Zusatzprozesse können vielfältige Materialeigenschaften hergestellt werden.

Lebensmittel

3D Drucker werden in der Nahrungsmittelindustrie schon länger erfolgreich eingesetzt. Richtig gut für den 3D Druck eignen sich Eiscreme, Kaugummi, Gelatinemischungen für Gummibärchen & Co., Teigwaren und Schokolade. Für den privaten Schokoladen-Liebhaber gibt es mittlerweile sogar einen günstigen, bezahlbaren 3D Schokoladendrucker im Handel.
Auch eine typische Tiefkühl-Pizza wird fast immer mithilfe von 3D Druck hergestellt und verspricht somit druckfrischen Genuss nicht nur für alle 3D Druck Fans.

Lebende Zellen

Bioprinter sind 3D Drucker, die lebende Zellen in einem polymeren Gel (z.B. auf Alginat-Basis) zum Druck verwenden. Im FDM-Verfahren wird dazu schichtweise eine Struktur aufgebaut, die dann als organisches Gewebe genutzt werden kann.

Baustoffe

Laut einem Bericht gibt es in China einen findigen Geschäftsmann, welcher sogar einen gigantischen 3D Drucker zur Erstellung von Gebäudewänden und -teilen erbaut hat.
Die spezielle Mischung ist sein Geschäftsgeheimnis, bekannt ist nur, dass er zermahlenen Bauschrott verwendet und damit auch einen Beitrag zum Umweltschutz leisten will.

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Wie funktioniert ein 3D Drucker?

3D Drucker haben alle gemein, dass sie schichtweise Objekte in 3D erstellen. Die Modelle und Fertigungsverfahren sind allerdings sehr unterschiedlich. Die Bauweise der erhältlichen Drucker lässt sich unterscheiden in Bausätze und Komplettgeräte, sowie geschlossene und offene 3D Drucker.

Die Arten der 3D Drucker nach Fertigungsverfahren werden unterschieden in:

• Pulver (z.B. SLS-Technologie)
• Flüssiges Harz (z.B. SLA-Verfahren)
• Extrusion (z.B. FDM/ FFF-Technologie)
• Bio-Printer (Nahrung/ Zellen im FDM-Verfahren)
• Jetting (für verschiedenfarbigen Druck und verschiedene Materialien gleichzeitig)

Die 3D Drucker funktionieren also unterschiedlich, je nach Einsatzmöglichkeit, Material und Fertigungsverfahren.

Hier wird uns kurz erklärt vom YouTube Channel LiveTechDE in 3:54 Minuten wie ein 3D Drucker funktioniert

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Die Bauteile des 3D Druckers

Druckkopf (Extruder) 

Das wichtigste und charakteristischste Teil der 3D Drucker mit FDM- oder FFF-Verfahren wie beim ANYCUBIC I3 Mega (bei Amazon erhältlich)  und dem Creality Ender 3 (bei Amazon erhältlich) ist der Extruder. Er wird aber auch in der Polyjet-Technologie und dem Binder Jetting verwendet.
Der Druckkopf eines FDM- oder FFF- 3D-Druckers verwandelt den Filament-Faden durch Erhitzen in eine flüssige Form, damit das Filament flexibel in Schichten ausgedruckt werden kann. Im Druckkopf weiter enthalten sind ein Motor, der das Filament befördert und eine Düse, die das Filament extrudiert.

Manche 3D Drucker enthalten mehrere Druckköpfe. (Auf Amazon erhältlich) Das ermöglicht den gleichzeitigen Einsatz verschiedener Farben oder Materialien, wie z.B. eines Trägermaterials, welches im Anschluss mit Lösemitteln entfernt werden kann.
Der Druckkopf ist beweglich und wird von der Software über die Druckplattform gelenkt, um die formgebenden Schichten des 3D Objektes zu produzieren.

Antriebe der X-, Y- und Z-Achse

Die Antriebe sorgen für die Linearbewegungen der X-, Y- und Z-Achse innerhalb eines Metallrahmens, d.h. für die gleichmäßige und gerade Bewegungsausrichtung des Druckkopfes in Länge, Breite und Höhe.
Oft ist das Druckbett zusätzlich höhenverstellbar.

Die Spule für das Filament

Die Spule ist seitlich oder über dem 3D Drucker angebracht und hält das Filament in Fäden aufgewickelt bereit.

Druckbett/ Druckplattform

Auf der Druckplattform entsteht das 3D Modell. Der Drucktisch mit beheiztem Druckbett sorgt für die optimale Temperatur während des Druckvorgangs, damit das Filament wunschgemäß nicht zu schnell oder zu langsam aushärten kann. Er ist zumeist höhenverstellbar.
Die Oberfläche der Druckplattform ist so beschaffen, dass das Material einerseits während des Drucks im 3D Drucker daran haften kann und sich andererseits nach der Fertigung leicht lösen kann.

Display, Datenträger, Netzteil 

Im Display lassen sich alle Vorgänge des 3D Druckers anzeigen und einstellen. Über einen SD-Kartenleser können 3D Vorlagen eingespeichert werden. Die Steuereinheit liest die Daten der Vorlage und wandelt sie in den Druckerauftrag um.

Das Netzteil dient der Energieversorgung der 3D Drucker, welche eine andere Spannung benötigen, als das Stromnetz bereitstellt. Damit das Netzteil nicht überhitzt, ist oftmals ein Lüfter vorhanden, sowie ein Kurzschluss-, Überlastungs- und Überspannungsschutz.

3D Drucker, welche nicht über einen SD-Card-Reader verfügen, besitzen einen USB-Anschluss. Dann wird der Druck direkt vom PC gesteuert (daher der Name Desktop- 3D Drucker).

UV- Lampe und UV- Tank

UV- Licht (Ultraviolettstrahlung/ Schwarzlicht) besitzt eine Wellenlänge von 380 bis 100 nm und ist damit kürzer als das für Menschen sichtbare Licht. Es gehört zur elektromagnetischen Strahlung im optischen Frequenzbereich.

UV-Lampen in 3D Druckern härten lichtempfindliche Substanzen wie das flüssige Kunstharz Resin punktgenau in Schichten aus.
Der UV-lichtdurchlässige Tank in 3D Druckern wie dem ANYCUBIC Photon (bei Amazon erhältlich) und dem Elegoo Mars (bei Amazon erhältlich)  enthält das flüssige Resin. Das 3D Objekt entsteht dabei unter gezielter UV-Licht Bestrahlung der Lampe aus dem Tank heraus, bzw. an der Unterseite des eingetauchten Druckbettes.

CAD (-Dateien/ -Systeme)

CAD steht für „Computer Aided Design“. Ein CAD-System ist die Kombination aus Software und Hardware zur Entwicklung, Konstruktion und Produktion von Objekten. CAD-Dateien werden mittels geeigneter Softwareprogramme erstellt oder bearbeitet und im Computer für den Arbeitsauftrag im 3D Drucker (Bewegungsablauf des Druckkopfes z.B.) berechnet.

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Varianten des 3D-Druckverfahren 

Es existieren in der 3D Druck-Branche zahlreiche Fertigungsverfahren unter Verwendung verschiedenster Materialien. Auf dem Markt werden sich ähnelnde Druck-Technologien oftmals auch unter unterschiedlichen Bezeichnungen geführt.
Hier erfährst du, welche die wichtigsten und bekanntesten sind:

Hier wird uns kurz erklärt vom YouTube Channel Sven Gadget in 12:23 Minuten welche 3D Druckverfahren es gibt

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FDM, FLM, FFF 

FDM steht für Fused Deposition Modeling und FLM für Fused Layer Modelling und FFF bedeutet Fused Filament Fabrication

Desktop- 3D-Drucker für den Privatgebrauch wie z.B. der ANYCUBIC I3 Mega (bei Amazon erhältlich) und der Creality Ender 3 pro (bei Amazon erhältlich) verwenden die Schmelzschichtung per Extrusion. Ein schmelzfähiger Kunststoff wie z.B. PLA wird über eine Spule mittels einer Düse in Schichten auf ein Druckbett aufgetragen, sodass ein 3D Objekt in die Höhe aufgebaut wird. Dazu wird das Filament im Extruder (Druckkopf) erhitzt und geschmolzen. Beim Auftragen der Schichten verbindet sich das erhitzte Material mit den bereits vorhandenen darunter liegenden Schichten und härtet relativ schnell aus. Nach dem Druckvorgang kann das Objekt nach Auskühlung recht schnell von der Druckplatte entnommen werden.

Der Vorgang ist computergesteuert, dazu wird zuvor ein virtuelles 3D Modell in geeigneter Software erstellt, im 3D Druckerberechnet und die X-, Y- und Z-Achsenbewegung des 3D Druck-Vorgangs darauf ausgerichtet. Der 3D- Druckkopf bewegt sich dazu auf den beiden horizontalen X- und Y-Achsen des Druckers, auf denen er linear positioniert ist, über dem sich auf der Z-Achse vertikal bewegenden Druckbett.

Das Filament ist auf einer Spule aufgewickelt und wird einfach in den Druckkopf eingefädelt. Ein Wechsel zwischen verschiedenen Farben und Materialien im 3D Drucker ist so mühelos möglich. Die Qualität und Filigranität des gedruckten Objektes ist abhängig von der Druckauflösung (Stärke der einzelnen Schichten – je feiner desto besser das Ergebnis), sowie von der Art des Filaments.

Vorteile eines FDM 3D Druckers sind der unkomplizierte Aufbau des Druckers, die einfache saubere Handhabung, sowie keine unangenehme Geruchsentwicklung während des Druckvorgangs.
Die FDM 3D Drucker sind offene Drucker, das bedeutet, man kann jederzeit den Druckvorgang unterbrechen und Korrekturen vornehmen. Filament-Überschüsse, die z.B. beim Wechsel des Filaments entstehen, lassen sich jederzeit leicht mit Pinzette oder Zange abknipsen.

Die Werkstoffe für den FDM 3D Drucker sind vielfältig: Der gebräuchlichste ist immer noch PLA, aber auch Holzstoff sowie verschiedene Kunststoffe sind als geeignetes Filament in verschiedenen Farben erhältlich.

Ein kleiner Nachteil ist die mitunter ertastbare Rillenbildung an den Objekten, aber mittlerweile sind 3D FDM Drucker in der Qualität dahingehend stark verbessert worden und die Ergebnisse können sich sehen lassen.

SL, SLA 

SL, SLA steht für Stereolithografie

SLA ist das älteste patentierte additive Fertigungsverfahren per Extrusion, bei dem das Objekt punktförmig nacheinander in Schichten ausgehärtet wird.

Im Privatgebrauch arbeiten SLA- 3D Drucker wie z.B. Elegoo Mars (bei Amazon erhältlich)  und Anycubic Photon (bei Amazon erhältlich) mit UV-Licht, welche flüssiges, lichtempfindliches Kunstharz (hier: Resin) aushärten. Den Vorgang nennt man Photopolymerisationsprozess, das Harz wird auch Fotoharz genannt. Das Modell entsteht dabei im 3D Drucker „auf dem Kopf“ unterhalb des Druckbettes aus dem Harzbad/ Harztank heraus. Der Vorgang erfolgt vollautomatisch aus am Computer erstellten CAD-Dateien. Punkt für Punkt wird das Resin im UV-Lichtstrahl auf der nahe der Oberfläche des Resin-Tanks eingetauchten Bauplattform verfestigt, herausgehoben und getrocknet und feinste Strukturen können so entstehen. Danach wird die Plattform erneut eingetaucht und der Vorgang wiederholt sich so oft, bis das gewünschte Objekt fertig gestellt ist.

Der Vorteil eines SLA- 3D Druckers liegt bei der großartigen detaillierten Druckgenauigkeit im Mikrometerbereich, die Druckqualität ist hier weitaus besser als bei FDM-Druckern. Die Rillenbildung des Filamentsdrucks bleibt hier aus.

Der Druckvorgang ist sehr leise, da lediglich die Druckplatte bewegt wird. Der Tank für das flüssige Resin und die Bauplatte befinden sich in einer verglasten, geschlossenen Kabine mit Abluftfiltern.

Die Nachteile eines SLA- Druckers sind zum einen die kaum vermeidbare, stark chemische Geruchsentwicklung (du solltest generell Handschuhe und Mundschutz verwenden und den Raum gut belüften, da Resin giftige Dämpfe entwickelt), zum anderen die Reinigungsprozedur vor und nach dem Druckvorgang. Das überschüssige Resin muss in die Flasche zurückgefiltert werden und der Tank zur Reinigung ausgebaut werden, da das Resin sonst dort ungewollt aushärtet.

Bei etwas Vorsicht und Umsichtigkeit erzielst du aber exakte und nahezu perfekte Druckergebnisse, wofür sich der Aufwand letztendlich mehr als lohnen sollte.

Weitere 3D Druckverfahren

Industrie- und Labor 3D Drucker verwenden noch diverse weitere Fertigungsarten. Diese sind je nach Einsatz auf das Material spezialisiert.

3DP 

3DP steht für 3-D-Drucken/ Binder Jetting

Die Werkstücke werden hier in einem speziellen 3D Drucker schichtweise in einer Pulver- oder Granutlatschicht aufgebaut. Dazu wird gezielt ein Kleber (Binder) mithilfe eines Druckkopfes an die entsprechenden Stellen gebracht der das Pulver verklebt. Das Pulver befindet sich dabei auf einem Tisch, der sich jeweils um die Stärke einer Pulverschicht absenkt und nach jedem Druckvorgang wird eine neue Pulverschicht aufgetragen und erneut verklebt.
Das Objekt befindet sich nach dem Druck in diesem Pulverbad und wird vorsichtig daraus befreit. Die Pulverreste können erneut für den weiteren Druck verwendet werden.

3D-Siebdruck 

Der 3D-Siebdruck von Metallen ist ein hochproduktives Druckverfahren, welches in der Solar-, Grafik- und Leiterplattenindustrie mannigfaltige Anwendung findet.
Hierbei wird eine pulverbasierte Suspension mit Hilfe einer Rakel durch ein Sieb (Druckmaske) auf ein Substrat übertragen und getrocknet. Nach der Fertigung im 3D Drucker wird das Objekt zur Festigkeit noch gesintert.

AKF 

AKF steht für Arburg Kunststoff-Freiformen

Die Technik ist dem Additive Manufacturing zuzuordnen. Die Maschine – der Freeformer – fertigt auf der Basis von CAD-Dateien Kunststoff-Bauteile an.

Auftragsschweißen (Cladding), MPA (Metall-Pulver-Auftragsverfahren/ Kaltgasspritzen) und Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung

Cladding, MPA und LEA sind auch in der konventionellen Fertigung bekannt und gebräuchlich, hier erfolgen die Verfahren aber über die Steuerung von CAD-Daten und fallen daher in die Kategorie 3 D Druck.

CLIP 

CLIP steht für Continuous Liquid Interface Production

Das CLIP-Verfahren ist ein 3D-Druck-Verfahren, das Photopolymerisation (mit UV-Licht) verwendet um Objekte aus Kunstharz in einer Vielzahl von Formen glatt und fest herzustellen. Dabei ist der Prozess unglaublich schnell, der Druck ist fast 100 x schneller als bei einem herkömmlichem 3D Drucker. Es funktioniert deshalb, weil anders als bei der Stereolithographie der Druckprozess kontinuierlich ist und nicht über einen wandernden UV-Fokus geschieht, sondern ähnlich wie bei einer Filmprojektion die gesamte Bodenfläche gleichzeitig bestrahlt wird. Dafür ist der Boden des Tanks teilweise transparent für das UV-Licht. Das Objekt wird während des Druckens langsam aus dem Harz gezogen, so dass flüssiges Harz nachfließen und permanent durch das UV-Licht weiter ausgehärtet werden kann. Unter dem Harz ist eine sauerstoffdurchlässige Membran angebracht, die eine Dead Zone erzeugt (Sauerstoff stoppt die Aushärtung von Harz), das verhindert Ablagerungen und unerwünschte Polymerisation.

FTI, DLP 

FTI steht für Film Transfer Imaging und DLP für Digital Light Processing

Lichtempfindliche Kunststoffe werden hierbei als dünner Materialfilm auf eine Transportfolie aufgetragen. Durch Anheben des Werkstücks wird erneutes Auftragen des Films möglich und das wird bis zur Vollendung des gewünschten Objektes wiederholt. Die Ergebnisse weisen eine hohe Genauigkeit auf.
Das DLP verwendet die gleiche Technik wie das FTI, der Unterschied besteht darin, dass das Werkstück aus einem Kunststoffbad heraus entsteht.

LBM, EBM 

LBM steht für Laserstrahlschmelzen/ Laser Beam Melting = LBM und EBM für Elektronenstrahlschmelzen/ Electron Beam Melting

Der Vorgang bei beiden Varianten ist ähnlich wie beim LS, hier wird jedoch mit dem Laserstrahl (oder Elektronenstrahl) das Pulver direkt geschmolzen. Beim EBM wird der Elektronenstrahl zum Unterschied zum LBM mit einer magnetisch gelagerten Feder positioniert und gelenkt.
Es kommen Materialien wie Keramik, Kunststoffe, Metalle und Sand zum Einsatz. Da das feine Pulver gesundheitsschädlich ist, wird generell nur unter Schutzatmosphäre gearbeitet.
Nach dem Druck wird das fertige Objekt aus dem Pulver befreit, welches dann wiederverwendet werden kann.

LLM, LOM, MELATO 

LLM steht für Layer Laminated Manufacturing und LOM für Laminated Object Manufacturing und MELATO bedeutet Metal Laminated Tooling

Bei den beiden erstgenannten Fertigungsverfahren aus dem Bereich des Rapid Prototyping wird ein Werkstück schichtweise aus Papier (es wird auch mit Folien aus Aluminium, Keramik und Kunststoff experimentiert) im 3D Drucker aufgebaut. Jede neue Schicht wird auf die vorherige laminiert, im Anschluss wird die Kontur mittels Heißdraht, Laser oder Messer geschnitten.
Beim MELATO werden die Bleche mit dem Laser ausgeschnitten und trennbar oder nicht mehr trennbar durch Gießverfahren, Kleben, Löten, Schrauben, Schweißen oder Verstiften gefügt.

LS, SLS 

LS steht für Lasersintern und SLS für Selektives Lasersintern

Beim Lasersintern wird das Objekt Schicht um Schicht generativ im 3D Drucker aufgebaut. Dem Metall- oder Kunststoffpulver ist bei dieser Technik ein Binder zugesetzt, der das Material verklebt. Es lassen sich damit alle möglichen dreidimensionalen geometrischen Objekte auch mit Hinterschneidungen erzeugen, was in der konventionellen Fertigung nicht möglich ist.
Anschließend müssen die Objekte noch im Ofen zur Stabilität gesintert (Temperaturbehandlung zur Schwindung und Auffüllung der Poren) werden.

PJM/MJM 

PJM/MJM stehen für Poly Jet Modeling/Multi Jet Modeling

Nach Art des Tintenstrahldruckers tragen hier mehrere Druckköpfe flüssige Acryl-Photopolymere auf die Druckplatte auf. Das Material wird dabei nur in Schichten an den von den STL-Dateien vorgegebenen Koordinaten im 3D Drucker aufgetragen. Nach dem Druck wird das Objekt mit UV-Licht vollständig ausgehärtet.

Die Vorteile beim PJM/MJM sind vielfältig, wie z.B. eine große Auswahl an unterschiedlichen Materialmischungen mit verschiedenen Härtegraden, auch sogar an transparenten Stoffen, sowie der gleichzeitige Einsatz der unterschiedlichen Materialien zum Drucken.

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Die Geschichte der 3D Drucker

80er Jahre

Die Nachfrage in den 80ern an besseren und kostengünstigeren Lösungen für die Serienproduktion von Produkten war weltweit immens groß und Wissenschaftler aus Japan, den USA und Frankreich arbeiteten intensiv an der Generierung für Prototypen.
Im Jahr 1980 veröffentlichte der japanische Wissenschaftler Hideo Kodama die ersten Berichte über das Rapid Prototyping (Verfahren zur schnellen Herstellung von Musterbauteilen nach Konstruktionsdaten). Er entwickelte einen Vorläufer zur Stereolithographie, versäumte jedoch leider, rechtzeitig sein Patent anzumelden.

Charles W. Hull gilt als der Erfinder des 3 D Drucks. 1981 erfand er die Stereolithografie als Fertigungsverfahren und 1983 wurde es erstmalig in die Praxis umgesetzt. Charles Hull meldete sein Fertigungsverfahren 1984 zum Patent an, was ihm dann 1986 bewilligt wurde. In der Stereolithographie werden mit einem UV-Laser lichtempfindliche Flüssigkeiten punktgenau ausgehärtet und bilden so das gewünschte Objekt aus.
1986 gründete Hull das Unternehmen 3D-Systems, welches bis heute weltweite Marktführer blieb. Den ersten kommerziellen 3D Drucker brachte er 1987 auf den Markt – den SLA-1.

Parallel dazu wurde von Carl Deckard, Universität Texas, das Prinzip des Lasersinterns veröffentlicht. Der Siebdruck war schon lange bekannt, nun wurde in dieser Zeit auch daraus das 3D Siebdruckverfahren entwickelt.
S. Scott und Lisa Crump erfanden das Fused Layer Modelling im 3D Drucker, genau das Verfahren, was dir in der jetzigen Zeit durch den privaten 3D Drucker deine eigenen 3D Drucke ermöglicht.
Mit diesen 3 Druckverfahren begann die Erfolgsgeschichte der 3D Drucker.

90er Jahre

Die europäische EOS GmbH (Electro-Optical Systems) mit Hauptsitz in München ist seit 1991 mit der anfänglich speziell für den Bedarf für BMW entwickelten Stereolithografiemaschine Spezialist für 3D Druck. Mittlerweile ist EOS einer der weltweit führenden Anbieter im Bereich der Lasersintertechnologie geworden. Das erste von ihr angebotene SLA-System trägt den Namen EOSINT P350. Die EOS GmbH hat später auch maßgeblich zur Weiterentwicklung der 3D CAD-Daten-Technologie beigetragen.

1992 begann das Start-Up Unternehmen DTM mit der Produktion der ersten selektiven Lasersinter-Maschinen, welche statt UV-Licht-empfindliche Flüssigkeiten ein Pulver verwendeten, das mit Laserlicht bestrahlt wurde.

Die Firma Stratasys bekam 1992 das Patent für FDM (Fused Deposition Modeling) und entwickelte zahlreiche 3D Drucker für Unternehmen und Privathaushalte. Es unterstützt bis heute zukunftsorientierte Unternehmen mit Lösungen zur additiven Fertigung.

Es entstand das Binder-Jetting-Verfahren, welches auf dem Prinzip eines Tintenstrahl Druckers basiert und in Wasser gelösten Gips zur Konstruktion von 3D Modellen verwendet. Entwickelt wurde der Gips-3D Drucker Z402 vom Unternehmen Z Corp, welches später von 3D-Systems aufgekauft wurde.

Ende der 1990er Jahre wurde es möglich, neben Kunststoffen und Gips auch endlich Metalle für den 3D Druck zu verarbeiten. In dieser Zeit entstanden auch die ersten Bioprinter (Organische 3D Drucker), welche die Anfertigung künstlich hergestellter Organe und Organstrukturen ermöglichten und enormen Fortschritt in der Medizin brachten.

An der Software wurde in den 90er Jahren besonders intensiv entwickelt und gearbeitet: Sanders Prototyp (Solidscape) war das erste Unternehmen, welches maßgeschneiderte Lösungen in CAD-Programmen für die additive Fertigung anbot. CAD-Programme sind Anwendungsprogramme für die computergestützte Entwurfs- und Konstruktionstechnik, also die Programme, mit denen du dein 3D Objekt im PC bearbeiten, verändern und erstellen kannst.

2000 – 2010

Ab dem Jahr 2000 wurden 3D Drucker durch viele Errungenschaften medial bekannt und auch für die Öffentlichkeit interessant.

Im medizinischen Bereich gab es im 3D Druck ab der Jahrtausendwende besonders viele gewaltige Fortschritte: Bio-Printer ermöglichten implantierbare Organe und Organstrukturen wie Blutgefäße und Stützgewebe. Wieder andere 3D Drucker mit biokompatiblen Materialien ermöglichten die Herstellung passgenauer Prothesen und von Zahnersatz. 2008 gelang der Druck einer nahezu perfekten Beinprothese mit allen Bestandteilen eines biologischen Gliedmaßes, ohne dass etwas nachträglich montiert werden musste.

2004 entstand das Open-Source-Projekt des Replicating Rapid-Prototyper, der den Bau großer Teile für einen weiteren 3D Drucker ermöglichte. Damit entwickelte sich die 3D Druck-Technologie nicht nur in die Tiefe, sondern auch in die Breite.
Maker Bot war eine der Firmen, die den Trend nach kostengünstigen Replikatoren für den Privatgebrauch unterstützte und bot erste kleine bezahlbare FDM Drucker an.

2005 gelang ZCorp ein weiteres Highlight auf dem Markt der 3D Drucker: Mit dem Spectrum Z510 gab es den ersten hochauflösenden 3D Farbdrucker.

2006 lief der Patentschutz des FDM aus und löste eine gigantische Innovationswelle aus. Die Preise für 3D Drucker sanken, immer mehr Arbeitsstellen wurden mit 3D Druckern ausgestattet und die Technik dafür immer wurde immer mehr Menschen zugänglich gemacht.

2009 wurde Sculpteo gegründet – ein Online-Produktionszentrum mit professionellem 3D Druck Service für die individuelle additive Fertigung für jedermann.

2010 -2020

2010 begann der Start für den Druck eines Automobilprototyps aus dem 3D Drucker. Kor Ecologic ist die Firma aus den USA, die mithilfe eines Tochter-Unternehmens von Stratasys diesen Traum namens Urbee verwirklichte. 2013 entstand Urbee 2 – aus 50 Einzelteilen und in 2500 Stunden gedruckt.

2011 begann das French Culinary Institute der Cornell University die ersten 3D Lebensmitteldrucker zu entwickeln. Mit Hilfe von breiigen Nahrungsmitteln wie Humus, Käse und zerkleinerten Muscheln wurden erste kleine, essbare Kunstobjekte geschaffen. Der Auftrag erfolgte von der NASA um Astronauten den Ausdruck von Nahrung in der Raumstation zu ermöglichen.
Es wurde erstmalig eine Prothese eines kompletten Unterkiefers aus Titan von niederländischen und belgischen Wissenschaftlern aus dem 3D Drucker gefertigt und einer 83-jährigen Frau implantiert.

2013 erwähnte Barack Obama in seiner weltweit verfolgten „State of the Union“ Ansprache die zukunftsweisende 3D Technologie und löste damit einen weiteren Boom aus.
Die NASA flog im gleichen Jahr den ersten 3D Drucker in die Raumstation, der beim Ausbau der Station genutzt werden sollte.

2014 stellte Hewlett-Packard einen neuen 3D-Drucker mit der Multi Jet Fusion-Technologie vor.
3D Systems Gründer Chuck Hull erhielt den Europäischen Erfinderpreis 2014 in der Kategorie „Nicht-Europäische Länder“ durch das Europäische Patentamt.

2015 stellte Carbon3D aus Kalifornien seine 100 x schnellere 3D Druck Technologie namens CLIP (Continuous Liquid Interface Production) vor. Dieser 3D Drucker funktionierte nicht im Schichtverfahren, sondern mit von Sauerstoff und UV-Licht gesteuerten Härtungsprozessen des Resins.

2019 arbeiteten Forscher der TU Wien an komplexen Implantat-Knochen aus dem 3D Drucker.

Rund um den 3D Druck ist eine immense Branche entstanden, die additiven Verfahren werden ständig verbessert, an neuen Filamenten wird geforscht, Bildungsangebote und Arbeitsplätze werden geschaffen und das Internet eröffnet in diesem Bereich zahllose Möglichkeiten für den Gebrauch und den Verdienst zum Thema 3D Druck.

Zukunftsvisionen

Mobile 3D- Biodrucker sollen schon bald in Krankenhäusern Haut ausdrucken können und damit Wunden heilen.
Neben der Verbesserung und Verfeinerung in der Medizin und Medizintechnik zu perfekten 3D Drucken von Prothesen und Organersatz gibt es für 3D Bio-Printer noch eine weitere Einsatzmöglichkeit: In der Nahrungsmittelindustrie. Um dem immensen Bedarf an Fleisch gerecht zu werden und Tieren Leid zu ersparen, forscht man im Labor nach der Züchtung von Muskelzellen. Diese können mit Hilfe von 3D Bio Printern zu optisch originalgetreuem Fleischersatz wie z.B. Steaks und Schnitzel ausgedruckt werden.

Eine noch in den Kinderschuhen steckende Idee ist ein persönlicher Avatar. Durch Fotografie von Kameras, die die Person aus jedem Blickwinkel ablichten, kann ein digitaler Avatar erstellt werden. Dieser kann nach Belieben bearbeitet werden und schon selbst als Figur in Computerspielen verwendet werden – aber auch bis in Lebensgröße mit unterschiedlichem Material in 3D ausgedruckt werden.

Der Bau von Mondbasen mithilfe von 3D Druckern, welche das dort vorhandene Material auf dem Mond verwenden, ist geplant.
Der Ausdruck von Bauwerken und Häusern wird sicher weiter vorangetrieben werden. Das Wunschhaus nach Maß aus dem 3D Drucker wird damit für viele sicher bald Wirklichkeit werden.

▷ unsere 4 Favoriten 2019 für den Heimgebrauch

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