Alles über 3D-Drucker

3D-Drucker für Einsteiger: Worauf sollte ich beim 3D-Drucker kaufen achten?

Wie funktioniert 3D-Druck? Was kosten 3D-Drucker? Welche Verfahren nutzen 3D-Drucker? Sie wollen alles über 3D-Drucker wissen?

In Industrie und Forschung werden 3D-Drucker schon lange eingesetzt, seit einigen Jahren werden sie auch in der breiten Öffentlichkeit diskutiert: Vom individuell produzierten Ersatzteil für die Waschmaschine bis hin zum lebensrettenden Organ aus dem 3D-Drucker entfaltet 3D-Druck seine ganze Faszination – wir sind längst in der 3. Industriellen Revolution angekommen!

Gab es 3D-Drucker bisher nur in Form unerschwinglicher Modelle für Designer-Labors oder komplizierter Bausätze für Computernerds, sind sie heute bezahlbar, nutzerfreundlich und auch für Privathaushalte eine Option. Wer einen 3D-Drucker kaufen möchte, sollte sich vorher umfassend informieren.

Das werden Sie erfahren:

  • Übersicht die gängigsten Verfahren von 3D-Druckern

  • Hintergrundinformationen zu 3D-Druckern für Privatanwender

  • Einblicke in die Geschichte der 3D-Drucker

 

Möchten Sie 3D-Drucker kaufen, besuchen Sie doch direkt unseren Shop und lassen sich von unserer Auswahl inspirieren 

Übersicht über 3D-Drucker

Die meisten 3D-Drucker nutzen additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM), das heißt, sie bauen ein 3D-Druck-Objekt Schicht für Schicht auf. Statt wie bei einem normalen Drucker, der nur zwei Dimensionen kennt, kommt hier eine dritte dazu: Die z-Achse, die nach oben führt.

Wie genau funktioniert das?
Jeder kennt es aus der 2D-Welt: Bevor wir ein Dokument ausdrucken können, wird es gestaltet, zum Beispiel in einem Textverarbeitungsprogramm wie Microsoft Word. Anhand der im Dokument gespeicherten Daten erkennt der Drucker, was er tun muss und startet den Druckprozess. Ähnlich ist es beim 3D-Druck: Mit einer speziellen Software wird eine CAD-Datei (Computer Aided Design) angefertigt; diese kann entweder von Grund auf gezeichnet oder mithilfe eines 3D-Scanners erzeugt werden. Die Software “zerschneidet” das virtuelle Objekt in viele einzelne Schichten, sogenannte "Slices", die der 3D-Drucker genauso ausgibt, bis das Objekt fertig gedruckt ist. Es gibt verschiedene 3D-Druck-Verfahren, die alle auf dem Prinzip der additiven Fertigung basieren und hier kurz vorgestellt werden.

 

Erster 3D-Drucker im Handel: Stereolithografie (SLA)

Der erste im Handel erhältliche 3D-Drucker wurde im Jahr 1986 von Charles Hull erfunden, Gründer des Unternehmens 3D Systems, und basiert auf dem Prinzip der Stereolithografie. Bei der Stereolithografie wird ein ultravioletter Laserstrahl auf ein Gefäß mit flüssigem, lichtaushärtendem Kunststoff gerichtet. Der UV-Laser härtet den Kunststoff schichtweise aus, sodass die einzelnen Schichten miteinander verschmelzen. Nach Abschluss des 3D-Druck-Prozess befindet sich ein extrem hochauflösendes und detailgetreues Modell in dem Gefäß. Der verbleibende Flüssigkunststoff kann für den nächsten Druckvorgang verwendet werden.

3D-Drucker, die das Stereolithografie-Verfahren anwenden, kommen insbesondere im Automobilbau und in der Medizin zum Einsatz, vor allem bei der Erstellung von Prototypen, aber auch von Architekturmodellen. Darüber hinaus lässt sich ein Trend zum Rapid Manufacturing (deutsch: Schnelle Fertigung) erkennen, der die direkte und individuelle Herstellung von Endprodukten meint. Schon heute werden zum Beispiel individuelle Gehäuse für Hörgeräte mit Hilfe der Stereolithografie erzeugt.

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Fused Deposition Modeling (FDM)

Das FDM-Verfahren wurde ebenfalls in den 1980er Jahren erfunden und zwar von Scott Crump. Er ließ das System patentierten und gründete gemeinsam mit seiner Frau das Unternehmen Stratasys.

Beim FDM-Verfahren (Schmelzschichtung) wird ein Strahl aus schmelzfähigem Material, dem sogenannten Filament, durch eine Düse gepresst und bildet so Schicht für Schicht ein 3D-Druck-Objekt. Die einzelnen Schichten trocknen sehr schnell und verbinden sich dabei miteinander. Da die Bezeichnung “Fused Deposition Modeling” (FDM) von Stratasys geschützt ist, findet man häufig die alternative Bezeichnung “Fused Filament Fabrication” (FFF); sie wurde von Mitgliedern des RepRap-Projektes geprägt, die innerhalb ihrer Community den freien 3D-Drucker RepRap entwickelt haben.

FDM beziehungsweise FFF ist eines der günstigeren 3D-Druck-Verfahren, was sich auch im Preis der 3D-Drucker niederschlägt. Bei JUST3DP finden Sie eine große Auswahl an 3D-Druckern, die das FDM-Verfahren nutzen und für Privatanwender sowie kleine Unternehmen geeignet sind.

Die meisten FDM-3D-Drucker drucken mit ABS oder PLA. Einen umfassenden Artikel über Filamente finden Sie hier.

 

3D-Drucker für Privatanwender

3D-Drucker für Privatanwender basieren in den meisten Fällen auf dem FFF- beziehungsweise FDM-Verfahren und sind mittlerweile schon ab rund 400 Euro erhältlich. 3D-Drucker für Privatanwender kommen unter anderem von den Herstellern Zyyx, Kühling&Kühling, BEEVERYCREATIVE und BigBuilder.

 

Selektives Lasersintern (SLS)

Ebenfalls in den 1980ern wurde das SLS-Verfahren entwickelt, diesmal von Carl Deckard und seinen Kollegen an der University of Texas in Austin. SLS funktioniert wie SLA, allerdings wird statt flüssigen Kunststoffs ein pulverförmiges Material wie Polystyrol, Keramik, Glas, Nylon oder Metall (Stahl, Titan, Aluminium oder Silber) angeschmolzen und so schichtweise zu einem 3D-Druckobjekt verbunden. Das ungeschmolzene Material bleibt pulverförmig und dient dem Objekt als Stützstruktur.

Dass beim SLS-Verfahren keine Trägerstruktur benötigt wird, ist ein großer Vorteil gegenüber FDM/FFF und SLA: Nach Ende des 3D-Druck-Projekts sind keinerlei Nacharbeiten beziehungsweise Schönheitskorrekturen notwendig und es wird kein Material vergeudet. Das unbenutzte Pulver kann wieder für den nächsten 3D-Druck eingesetzt werden.

SLS wird zu industriellen Zwecken in der Medizintechnik, Automobilindustrie oder Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt und eignet sich insbesondere für Prototypen und komplexe Werkstücke, die sich in konventioneller mechanischer oder gießtechnischer Fertigung nicht umsetzen lassen.

Selektives Laserschmelzen (SLM, Selective Laser Melting)

Ganz ähnlich wie SLS funktioniert das Selektive Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM), allerdings wird das Granulat, das aus Metall besteht, hier bei einer höheren Temperatur vollständig geschmolzen. Weiterhin gibt es das Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting, EBM), bei dem statt eines Lasers ein Elektronenstrahl dazu dient, das Granulat zu schmelzen.

 

PolyJet-Tintenstrahltechnologie

Die PolyJet-Tintenstrahltechnologie wurde von Objet entwickelt, das mittlerweile auch zu Stratasys gehört. Bei dem Verfahren werden hauchdünne Schichten eines Photopolymers auf die Druckplattform aufgebracht und unmittelbar mit UV-Licht ausgehärtet. 3D-Drucker, die dieses Verfahren nutzen, liefern vollständig ausgehärtete Modelle, die sofort verwendet werden können. Zur Stützung komplexer Formen wird ein geleeartiges Material verwendet, das einfach mit Wasser oder von Hand entfernt werden kann.

PolyJet-basierte 3D-Drucker erstellen glatte, präzise Prototypen, Bauteile und Produktionshilfsmittel in der Industrie.

 

Spritzextrusion (Syringe Extrusion) - Druckverfahren für pastenförmige Stoffe

3D-Drucker mit sogenannten Syringe Extrudern oder Paste Extrudern sind vereinfacht gesagt mit Spritzen ausgestattet, die alle brei- und pastenförmige Materialien wie Ton, Zement oder Knetmasse verarbeiten können. Auch 3D-Objekte aus Lebensmitteln wie Schokolade, Zuckermasse oder Käse können mit derartigen 3D-Druckern erstellt werden. Abhängig vom Material, wird die Spritze während des Druckverfahrens erhitzt oder nicht.

 

3D-Drucker als Technologie der Zukunft

Langfristig werden 3D-Drucker eine immer größere Rolle in unserem Leben spielen: schon jetzt gibt es Brillenmodelle aus dem 3D-Drucker, die an die Gesichts- und Nasenform des Trägers angepasst sind. Hersteller werden bald 3D-Druckvorlagen für Ersatzteile bereitstellen, statt sie in Massenproduktion herzustellen und um den halben Globus zu schicken. Und die Medizin wird neue, bahnbrechende Möglichkeiten erforschen und einsetzen. Seien Sie ein Teil der dritten industriellen Revolution.

In unserem Blog finden Sie weitere informative Artikel rund um 3D-Drucker, Filament, 3D-Scanner und Tipps und Tricks in der Anwendung.