3D-Druck – kreative Ideen in Form bringen
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Lange Zeit galt 3D-Druck als kostspielige Technologie für Nerds und Geeks. Doch angesichts sinkender Preise für Geräte und einem ständig wachsenden Ökosystem aus Herstellern und Anwendern, schickt sich 3D-Drucken an, auch den Mainstream zu erobern. WebMagazin hat die faszinierenden Kreativmaschinen genauer unter die Lupe genommen.

Im industriellen Umfeld sind 3D-Drucker ein alter Hut. Als Erfinder der dreidimensionalen Drucktechnologie gilt Charles „Chuck“ Hull. Er patentierte 1986 ein Verfahren namens Stereolithografie und gründete die Firma 3D Systems, die bis heute zu den wichtigsten Unternehmen im Bereich des 3D-Drucks gehört und Lösungen für den professionellen und den privaten Einsatz anbietet. Ursprünglich dienten 3D-Drucker, im Fachjargon auch mal ‚digitale Fabrikatoren’ genannt, der Erstellung von Prototypen in geringen Stückzahlen. Allerdings handelte es sich bei solchen Maschinen in der Vergangenheit stets um extrem teure Industrieanlagen.

In den letzten Jahren sind 3D-Drucker jedoch erschwinglicher geworden – dank immer mehr Unternehmen, die eigene Geräte mit beachtlichen Fähigkeiten zu annehmbaren Preisen produzieren. So hat das Thema dreidimensionaler Druck – zuweilen liest man auch die Bezeichnung Lasersintern oder Rapid Prototpying – inzwischen den Mainstream erreicht und fasziniert nicht nur Technikbegeisterte. Low Cost sind solche Drucker zwar immer noch nicht, doch Einsteigermodelle für den Heimgebrauch, sogenannte Desktop-3D-Drucker, sind heutzutage sogar für unter 1.000 Euro zu haben.

Die Technik erschließt nach und nach das Consumer-Segment. Das liegt neben den sinkenden Kosten auch an der Evolution der Werkstoffe. Die verfügbaren Materialien werden immer robuster, die ausgedruckten Produkte immer belastbarer und der Ausdruck immer schneller.

Darüber hinaus finden sich im Netz eine Vielzahl von 3D-Druck-Workshops, -Tutorials und -Blogs zum Thema und im Oktober sicherte sich auf Kickstarter ein 3D-Drucker-Projekt eine Summe von 2.945.885 Dollar.

3D-Druck – so funktioniert’s

Ein 3D-Drucker erstellt computergesteuert dreidimensionale Objekte schrittweise aus verschiedensten Werkstoffen, beispielsweise aus Kunststoffen, Kunstharzen, Keramiken, Metallen oder sogar Papier. Schicht für Schicht entsteht das Zielobjekt, dessen finale Größe lediglich von den Dimensionen des Druckers abhängt. Um eine solche additive Fertigung durchzuführen, benötigt der Drucker exakte Angaben. Diese werden meistens in Form von am Computer generierten CAD-Daten an den Drucker geliefert – quasi ein dreidimensionaler Bauplan, den der Drucker dann selbstständig abarbeitet.

Bei den Werkstoffen nutzt man im Fall von Kunstharzen oder Photopolymeren beim 3D-Druck eine besondere Eigenschaft: Unter Lichteinwirkung, beispielsweise durch Laserbestrahlung, härten die Materialien zu festen Objekten aus. Aus einer Kartusche wird der flüssige Kunststoff auf den sogenannten Extruder geleitet und von diesem aufgetragen. Schicht für Schicht entsteht so das dreidimensionale Objekt.

Bei einem anderen Ansatz kommen Werkstoffe in Pulverform zum Einsatz (Kunststoffe, Keramik, aber auch Metall). Unter hohem Druck werden die Stoffe erhitzt und zur gewünschten Form verschmolzen. Der Fachausdruck ist „sintern“, weshalb dieser Prozess oft auch als Lasersintern bezeichnet wird.

Gegenüber anderen Fertigungsverfahren hat das 3D-Drucken verschiedene Vorteile. Zum einen entfällt die aufwendige und teure Herstellung von Formen, individuelle Objekte lassen sich so viel kostengünstiger erstellen. Zum anderen lassen sich beim Material und Energieverbrauch kosten sparen, denn es wird nur so viel vom Werkstoff eingesetzt, wie benötigt wird.

Eines der beliebtesten Materialien – beim 3D-Drucken auch Filament genannt – ist PLA (Polymilchsäure). Es handelt sich dabei um ein biologisch abbaubares Thermoplastik oder Biopolymer, das bei der Produktion von Maisstärke und Zuckerrohr anfällt.  Ein Liter PLA schlägt je nach Bezugsquelle mit 25 bis mehr als 100 Euro zubuche.

Ein weiteres gängiges Filament ist ABS-Kunststoff (Acrylnitril-Butadien-Styrol), ein synthetisches Terpolymer. Hier bekommt man ein Kilogramm ebenfalls bereits ab 25 Euro.

Cubify CubeX
Der CubeX von Cubify ist ein erschwinglicher 3D Drucker für den privaten Gebrauch (Quelle: Cubify Press and Media).

Grenzenlose Kreativität

Der Fantasie sind beim 3D-Druck keine Grenzen gesetzt. Egal ob Spielzeug, Ersatzteile, Schmuck, Werkzeuge, Bürozubehör, Schilder, Smartphone-Hüllen – so gut wie alles lässt sich herstellen, einen guten 3D-Bauplan vorausgesetzt. Selbst Kleidung kann heutzutage gedruckt werden und Planungen für ein auf 3D Druck basierendes Haus gibt es ebenfalls.

Allerdings schlägt die Kreativität zuweilen auch über die Stränge. So hatte es sich die amerikanische Vereinigung Defense Distributed zum Ziel gesetzt, Waffen per 3D Druck zu fertigen. Und nun ratet mal, wo diese Gruppe beheimatet ist? Natürlich in Texas. Ihr Ziel war es, digitale 3D-Baupläne online zu veröffentlichen – auf einer Website namens WikiWeapon. Wie weit die Waffennarren mit ihrem Projekt bereits gekommen waren, bevor ihnen Hersteller Straasys die 3D-Drucker wieder weg nahm, dokumentiert folgendes Video:

[ header = Anbieter im Consumer-Bereich, 3D Modelle, Fertigen lassen, Fazit ]

Anbieter im Consumer-Bereich

Es gibt bereits viele Hersteller, die 3D-Drucker für zuhause anbieten. Die Preisunterschiede resultieren vor allem aus der Größe der druckbaren Objekte und der Druckauflösung, sprich der Genauigkeit des Ausdrucks. Diese wird bei 3D-Druckern in Mikron/Mikrometer angegeben.

So hat die amerikanische Firma Cubify zwei verschiedene Modelle im Angebot. Den Cube zur Herstellung von selbst gestalteten Objekten gibt es für 1.569 Dollar (Video unten). Den CubeX, der größere und mehrfarbige Objekte drucken kann, gibt es ab 2.615 Dollar. Cubify ist eine Tochterfirma des bekanntesten Unternehmens im Bereich 3D-Druck, dem bereits erwähnten 3D Systems. Bei 3D Systems direkt sind 3D-Drucker für Privatanwender wie der RapMan ab knapp 1.000 Dollar zu haben.

M2 3D Printer - M2 Rear View - Wide
Der M2 3D Drucker von Maker Gear mutet überaus futuristisch an (Quelle: MakerGear Flickr Stream).

Darüber hinaus haben sich weitere Firmen wie Makergear, Makerbot Industries (von ihnen stammt der MakerBot Replicator 2X im Aufmacherfoto) oder Ultimaking LTD auf die Herstellung von 3D-Druckern fürs Einsteigersegment spezialisiert.

 

Wenn nicht mitgeliefert, kommen natürlich bei allen Geräten noch die Kosten für die Werkstoffe dazu. Und eventuell Kosten für den Kauf von 3D-Modellen.

Einen (englischen) Vergleich von 3D-Druckern mit Berücksichtigung von Aspekten wie Preise, Druckqualität und –geschwindigkeit findet man auf der Website Protoparadigm.

3D-Modelle

Hat man sich einen 3D-Drucker zugelegt, stellt sich die Frage: Was drucke ich überhaupt? Hier hat man verschiedenste Optionen. Entweder man designt selbst, besorgt sich kostenlose Modelle oder kauft welche.

Für kostenlose 3D-Modelle gibt es eine Reihe von Marktplätzen, auf denen man Objekte aus den unterschiedlichsten Bereichen findet. Darunter auch viele Ersatzeile für beliebte 3D-Drucker. Auch Bauteile, die die Funktion des Druckers verbessern sollen, findet man dort. Der bekannteste und beliebteste Portal ist Thingiverse. Auf dem Portal ist vor allem die Community des oben erwähnten Markerbot 3D-Druckers aktiv.

Einen deutschen Marktplatz gibt es auch bald: Auf Fabbeo soll eine Community aus Kunden und 3D-Druckdienstleistern entstehen.

Möchte man selbst gestalterisch aktiv werden, hat 3D Systems auch die passende Software im Angebot. Mit Cubify Invent bekommt man für 49 Dollar eine Software, um seine persönlichen 3D-Ideen in für den Drucker verständliche Produktionsanweisungen umzusetzen. Hier können auch Laien schnell ordentliche Ergebnisse erzielen.

Ein einfach zu bedienendes, Browser-basiertes Tool ist Tinkercad. Auf der Website kann man die Funktionsweise in einem kostenlosen Trial ausprobieren.

Auf professionellen Niveau geht der ambitionierte 3D Designer mit Software wie Rapidform oder Alibre zu Werke. Rapidform bindet 3D Scanner ein, Alibre ist eine auf den 3D-Druck spezialisierte CAD-Software.

Ultimaker 3D Drucker
Der Ultimaker 3D-Drucker kommt aus den Niederlanden (Quelle: Ultimaker Press Kit).

Fertigen lassen

Wem der Anschaffungspreis für einen 3D-Drucker zu hoch ist, kann trotzdem in der dreidimensionalen Welt gestalterisch tätig werden und sich dann seine Werke einfach von Dienstleistern ausdrucken lassen. Mittlerweile gibt es eine beachtliche Zahl von Firmen, die den Druck von 3D-Modellen für Endkunden anbieten. Eine davon ist Shapeways. Das Unternehmen bietet einen 3D Printing Service an und druckt in über 30 verschiedenen Materialien, inklusive Metall und Keramik. Man muss lediglich sein Design hochladen und ein Material auswählen. Dafür bietet Shapeways auf seiner Website eine Reihe von Apps an, die beim Erstellen von 3D Designs helfen. Auf Portalen wie Mixee Me lassen sich so in einfachen Interfaces dreidimensionale Objekte entwerfen. Shapeways hat auch einen eigenen Tumblr-Blog mit Inspirationen und Infos für potenzielle Kunden.

Fazit

2013 wird ein spannendes Jahr für den 3D-Druck. Die Preise sinken, denn immer mehr Firmen drängen mit erschwinglichen Geräten auf den Markt. Die Frage ist, ob die Technologie wirklich den Sprung in den Consumer-Bereich schafft. Die Voraussetzungen sind gegeben: Es existiert bereits jetzt ein großes Ökosystem von Herstellern und Anwendern, die sich im Netz austauschen.

Deswegen gilt es, die Kinderkrankheiten auszumerzen und an der Zuverlässigkeit der Drucker und an der Usability der 3D Modelling Software zu arbeiten, damit jeder mit 3D-Drucken seiner Kreativität freien Lauf lassen kann.

Quelle Aufmacherbild: Makerbot Replicator2X Press Assets

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