Im Mai 2019 habe ich mir einen 3D Drucker gekauft und mich in diese Technologie einzuarbeiten war sicherlich eine der faszinierendsten Erfahrungen meines Lebens. In diesem Artikel möchte ich einen Teil meines Wissens mit euch teilen.

Mein erster Kontakt mit dem 3D Druck war mit einem Ultimaker 3, welchen wir im Büro hatten. Ich hatte ein digitales 3D Modell gekauft, welches ich unbedingt ausdrucken wollte. Mit Hilfe eines Kollegen habe ich es dann auch hinbekommen mein erstes 3D Druck Projekt zu realisieren. Ich war sofort super begeistert von den Möglichkeiten Dinge herzustellen.

Leider wurde der Drucker an meiner Arbeitsstelle einige Zeit später gestohlen und er konnte nicht ersetzt werden. Als ich dann von einem sehr günstigen Angebot für einen Creality Ender-3 hörte, konnte ich nicht widerstehen und kaufte den 3D Drucker für etwas weniger als 160€, was ich bis heute einen erstaunlich niedrigen Preis für so eine Maschine halte.

Als der Drucker geliefert wurde, baute ich das Gerät sofort zusammen und begann mit meinen ersten Drucken. Seither hatte ich viele Fehlschläge, eine Menge Aha!-Momente und viele male ein unglaubliches Erfolgsgefühl, wenn etwas das ich entworfen hatte vor meinen Augen dreidimensional ausgedruckt wurde.

Meiner Meinung nach ist 3D Druck genial und ich kann nur empfehlen es mal auszuprobieren; es gibt aber auch so einige Fallstricke. Ich werde versuchen meinen Lernprozess hier ein wenig zusammenzufassen und hoffentlich manchen Leuten helfen einige dieser Fallstricke zu umgehen.

Der 3D-Druck-Workflow

Um mit dem 3D Druck anzufangen braucht man natürlich Zugang zu einem 3D Drucker. Aber es gibt auch noch einiges mehr zu beachten. Der Workflow sieht normalerweise in etwa so aus:

  1. Ein digitales 3D Modell besorgen (man kann z.B. Modelle selbst entwerfen, oder einfach irgendwo herunterladen)
  2. Das Modell für den Druck vorbereiten (Probleme ausbessern; es für den Drucker vorbereiten; Stütz-Strukturen hinzufügen)
  3. Das Modell „slicen“
  4. Drucken
  5. Nachbearbeitung (z.B. abschleifen und lackieren)

Wie du siehst ist der Prozess nicht allzu kompliziert, aber jeder Schritt braucht schon ein wenig Wissen. Im Folgenden möchte ich jeden dieser Schritte ein wenig genauer vorstellen.

Der 3D Drucker

Es gibt verschiedene Arten von 3D Druckern. Und die Art des Druckers beeinflusst sehr stark alle Schritte vom digitalen Modell zum fertigen Druck. Es ist auch nicht jeder Drucker für alle Vorhaben gleichermaßen geeignet.

Falls du nicht gleich losgehen und einen eigenen Drucker kaufen möchtest, dann empfehle ich nach einem Makerspace oder Hackerspace Ausschau zu halten. Meist gibt es dort Drucker, die von der Allgemeinheit verwendet werden können. Oder vielleicht hat auch jemand den du kennst bereits einen 3D Drucker.

FDM Drucker

Mein leicht modifizierter Ender-3

FDM (fused deposition modeling) oder FFF (fused filament fabrication) Drucker sind am einfachsten zu bekommen und zu handhaben. Es gibt Geräte die sehr billig sind (beginnend ab knapp über 100€), das Material lässt sich leicht beschaffen, lagern und verarbeiten und die Drucker benötigen wenig Wartung. Ich halte FDM Drucker für den idealen Einstieg in die Welt des 3D Drucks.

FDM Drucker verwenden Filament (lange aufgerollte Würste, meistens aus Plastik) als Material. Filament gibt es auf Rollen verschiedener Größe (üblicherweise zwischen etwa 250g bis 8kg) und in vielen Farben und verschiedenen Material-Eigenschaften.

PLA und ABS sind unter den bekanntesten Materialien für FDM Drucker. ABS ist stärker und besser Temperatur-beständig, aber es ist auch schwieriger zu drucken. Bisher habe ich lediglich PLA für meine 3D Drucke verwendet und bin sehr zufrieden damit. Es gibt unheimlich viele Varianten, wie zum beispiel PLA mit zusätzlichem Stahl, Kohlefaser oder Holz, was dem Material besondere Eigenschaften verleiht.

Verschiedene Filament Rollen

Ein FDM Drucker hat eine beheizte Düse, welche in 3 Dimensionen beweglich ist. Material wird in diese Düse geschoben und schmilzt dabei. Das geschmolzene Plastik wird aus der Düse extrudiert, was  eine sehr dünne Plastik-Schnur erzeugt. Mit der Schnur wird Schicht für Schicht das 3D Modell ausgedruckt. Fast alle FDM Drucker arbeiten dabei mit einer Schicht-Höhe von etwa 0.01 mm bis 0.5 mm.

SLA Drucker

SLA (stereolithography) Drucker erstellen 3D Objekte, indem chemische Prozesse ausgenutzt werden, welche flüssige Harze (Englisch: Resin) fest werden lassen. Eine UV Lichtquelle wie ein Laser oder UV Bildschirm wird verwendet um Schicht für Schicht das 3D Modell auszuhärten.

Heutzutage sind SLA Drucker ab ca. 160€ verfügbar. Allerdings liegen die meisten guten Drucker eher beim doppelten Preis und aufwärts.

SLA Drucker sind in der Lage deutlich feinere Details auszudrucken als FDM Drucker. Dafür ist aber das flüssige Harz auch deutlich schwieriger in der Handhabung. In seiner flüssigen Form sind die meisten Harze giftig und man benötigt Schutzausrüstung, wie Nitril-Handschuhe, Schutzbrille und eine Atemschutzmaske. Bei der Entsorgung von Harz muss einiges beachtet werden und auch die Reinigung von Drucker und gedruckten Modellen ist nicht so einfach wie bei FDM Druckern. Man benötigt zum Beispiel jede Menge Küchenpapier, Filter, sowie Isopropanol.

SLA Drucker für den Heimgebrauch haben üblicherweise ein deutlich kleineres Druckvolumen als FDM Drucker. Da Resin auch etwas teurer ist als die meisten FDM Filamente, ist das vielleicht auch gut so.

Andererseits ist die Druck-Auflösung von SLA Druckern großartig und wenn man detailreiche Modelle drucken möchte, dann ist das vielleicht die richtige Technologie. Aus diesem Grund sind SLA Drucker sehr beliebt bei Tabletop Rollenspielern, da man hochdetaillierte Figuren damit drucken kann.

Ein SLA Drucker. Die bewegliche Druckplatte ist hier kopfüber am Arm angebracht. Die schwarze Wanne ist am Boden durchsichtig und wird mit flüssigem Resin gefüllt. Das UV Display, welches darunter liegt, härtet das Harz dann Schicht für Schicht aus. 

Andere Arten von 3D Druckern

Die meisten anderen Arten von 3D Druckern sind erschwinglich oder praktikabel für den Heimgebrauch; oft sind diese sehr teuer, sehr schwierig im Umgang, oder beides.

SLS (selective laser sintering) verwendet beispielsweise einen Laser um das 3D Modell aus Pulver zu erstellen. Da das Pulver das Modell beim Druck stützt, ist es damit möglich Objekte zu drucken, die mit anderen Druckern schwierig wären. Die billigsten SLA Drucker kosten allerdings etwa 5000€ und haben dazu noch sehr kleine Druckvolumen.

Woher bekomme ich ein 3D Modell?

Die schnellste Möglichkeit um an ein druckbares 3D Modell zu bekommen, ist einfach eines herunterzuladen. Es gibt eine ganze Reihe an Webseiten, wo man kostenlose oder bezahlte 3D Modelle findet. Eine sehr populäre Seite ist Thingiverse, wo man eine Unmenge an kostenlosen Modellen findet. Normalerweise ist das meine erste Anlaufstelle, wenn ich etwas bestimmtes suche. Es gibt aber auch andere Portale, wie MyMiniFactory, welche besonders auf druckbare Figuren spezialisiert ist und einen guten Shop hat. Es gibt aber auch viele kostenlose Modelle.

Ich mag dieses Video (Englisch), welches 10 Quellen für kostenlose Modelle auflistet.

Es gibt viele verschiedene Dateiformate für 3D Modelle. Für den 3D Druck ist aber STL (stereolithography) sozusagen der Standard um fertige Modelle auszutauschen. Höchstwahrscheinlich werden auch alle herunterladbaren Modelle in diesem Format zu haben sein.

Man kann natürlich auch selbst ein Modell designen. Dieses Thema geht aber über diesen Blog Artikel hinaus. Ich würde dennoch definitiv empfehlen sich mal damit zu beschäftigen, denn ich kenne kaum ein besseres Gefühl als einen 3D Druck in Händen zu halten, den man selbst designed hat.

Das Modell für den Druck vorbereiten

3D Drucker sind meistens nicht sonderlich intelligent. Man kann ihnen nicht einfach eine STL Datei geben, denn sie wüssten nicht, was sie damit anfangen sollen. Ein 3D Drucker benötigt ganz klare Anweisungen, was er Schritt für Schritt (für Schritt für Schritt...) zu tun hat. Denn STL beschreibt das Modell als Punkte im Raum mit Kanten und Flächen. Ein 3D Drucker erwartet aber Kommandos die genau die zu druckenden Schichten definieren und festlegen, welche Motoren zu bewegen und wie stark die Heizelemente zu regeln sind.

Hier kommt eine Software ins Spiel: der Slicer. Beliebte Beispiele für Slicer sind PrusaSlicer und Cura.

Eine Slicer Software erlaubt es üblicherweise einige einfachen Modifikationen am Modell vorzunehmen, zum Beispiel es zu rotieren oder zu skalieren. Es kann sogar je nach Slicer möglich sein das Modell in Teile zu zerlegen oder es anderweitig zu bearbeiten.

Aber am wichtigsten ist, dass die Slicer Software den Code generiert, den ein 3D Drucker versteht. Die Software schneidet das Modell sozusagen in Scheiben, welche vom Drucker als Schichten gedruckt werden können. Man fügt damit außerdem Stütz-Strukturen hinzu, falls das Modell Überhänge hat, die ansonsten nicht gedruckt werden könnten.

Du wirst einiges an Parametern setzen müssen, wie die Schicht-Höhe. Für den Anfang ist es sicherlich sinnvoll nach einem Slicer Ausschau zu halten, welcher bereits passende Einstellungen für den eigenen Drucker hat, damit man leichter zu einem guten Druck kommt.

Man sollte aber auf jeden Fall prüfen, dass die zum Material passende Temperatur ausgewählt ist. Wenn du dich mehr mit den Parametern beschäftigen möchtest, dann ist es eine gute Idee im Web nach guten Parametern für den jeweiligen Drucker zu suchen.

Den Drucker für den Druck vorbereiten

Jetzt möchtest du natürlich direkt loslegen damit du bald dein erstes gedrucktes Objekt in den Händen halten kannst. Aber Moment! Zunächst sollte man sicherstellen, dass der Drucker richtig für den Druck vorbereitet ist. Man sollte diesen natürlich nach Anleitung aufgebaut haben (oder man schaut nach einer Video-Aufbau-Anleitung, welche oft noch zusätzliche nützliche Infos geben; für den Ender 3 fand ich dieses Video großartig).

Ein weiterer sehr wichtiger Schritt ist das Leveln des Druckbetts. Es ist unabdingbar, dass die Düse an jeder Stelle den selben Abstand zum Druckbett hat. Ansonsten kann es gut sein, dass der Druck fehlschlägt weil er nicht am Druckbett haftet. Oder es kommt gar kein Material aus der Düse, weil kein Platz dafür ist. Im Schlimmsten Fall kann man den Drucker sogar beschädigen, wenn zum Beispiel der Druck-Kopf zu stark in das Druckbett fährt.

Drucken

Jetzt kannst du endlich dein Modell drucken (vergiss nicht auch Material einzulegen). Abhängig vom Modell kann der Druck schon eine ganze Weile dauern; bis zu mehreren Stunden oder sogar Tagen. Aber besonders zu Beginn des Drucks sollte man auf jeden Fall ein Auge auf den Drucker haben, so dass nichts schlechtes passiert (der Drucker zum Beispiel in Flammen aufgeht).

Sei nicht abgeschreckt, wenn die ersten Drucke nichts werden! Es ist vollkommen normal wenn es einige Iterationen braucht, bis alles fehlerlos funktioniert. Du wirst vermutlich nach deinem ersten Druck den Ablauf über viele Jahre immer weiter verbessern. Halte einfach immer Ausschau nach Informationen wie man Aspekte verbessern kann. Mögliche Anpassungen sind verschiedene Materialien, Temperaturen, Druckkopf Geschwindigkeit, Extrusions-Geschwindigkeit, Slicer Parameter, Slicer Software, Druckbett Material, Drucker Upgrades, ... und zahllose weitere.

Nachbearbeitung

Manchmal reicht die Qualität des 3D Druckers vollkommen aus. Oft wirst du aber dein Modell noch ein wenig Nachbearbeiten wollen. Nachbearbeitung beinhaltet zum Beispiel folgendes:

  • Stütz-Strukturen und ungewollte übrig gebliebene Fäden oder falsch platziertes Material entfernen.
  • Abschleifen des Drucks, so dass er keine scharfen Kanten hat und eine glatte Oberfläche bekommt. Schleifen kann bedeuten einfach ein paar Mal mit etwas Schmirgelpapier über den Druck zu gehen, oder aber auch viele Runden von verschieden grobem Schleif-Material beinhalten, trocken und/oder nass, um die Oberfläche optimal zu polieren.
  • Beschichten ist eine weitere Möglichkeit um die Oberfläche des Drucks zu verbessern. Es gibt zum Beispiel Harz, welches dafür gedacht ist, die Oberfläche auszubessern. Das kann den Bedarf fürs Abschleifen reduzieren und die Eigenschaften des Materials verbessern.
  • Lackieren oder Bemalen kann dem Druck einen großartigen Look verschaffen. Wenn du etwas Zeit investierst und passende Grundierung aufträgst und das Modell dann lackierst oder bemalst, kannst du wirklich toll aussehende Drucke erhalten. Such am besten nach Informationen zum Lackieren/Bemalen im Web.
Einige fertige Drucke :)

Viel Spaß :)

Und das war's. Das ist der komplette Ablauf des 3D Drucks vom Herunterladen eines 3D Modells bis zum fertigen Druck. Ich hoffe diese Informationen sind ein wenig nützlich für jemanden. Alleine dieser Artikel wird vermutlich nicht ganz ausreichen um einen erfolgreichen Druck zu erhalten, aber ich hoffe, dass ich zumindest die richtigen Stichwörter geben konnte um weitere Informationen zu finden.

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Viel Spaß beim Drucken!