Druck Dir, was Du willst mit 3D-Druck – Aber wie funktioniert das eigentlich?

Der Druck­er-Hype lebt auf. Und das wegen ein­er winzi­gen Vor­silbe: 3D. Was Du mit einem 3D-Druck­er alles anstellen kannst, ist eigentlich nur durch Deine eigene Fan­tasie begren­zt. Doch wie funk­tion­iert ein 3D-Druck­er eigentlich genau?

In der Luft liegt kein dro­hen­der Papier­stau, son­dern der Geruch von Baustoff. Im Gegen­satz zum herkömm­lichen Papierbeschrifter geht es beim 3D-Druck­er näm­lich auch in die Höhe. Die mod­er­nen Wun­der­maschi­nen stellen auf Knopf­druck die wildesten Dinge her. Doch je nach Idee und Mate­r­i­al funk­tion­ieren 3D-Druck­er unter­schiedlich. Wir blick­en hin­ter die Kulis­sen und zeigen Dir die gängi­gen Tech­nolo­gien und wofür sie einge­set­zt wer­den.

Vorbereitung: Vom Bildschirm zum 3D-Drucker

Bevor ein 3D-Druck­er seine Arbeit aufnehmen kann, braucht er einen Auf­trag im passenden For­mat. Für Deinen Papier­druck­er reicht ein ein­fach­es Doku­ment oder ein Foto aus, doch ein 3D-Druck­er arbeit­et ja auch in die Höhe – und dafür benötigt er ein entsprechen­des 3D-Mod­ell. Aber: 3D-Druck­er arbeit­en in einzel­nen Schicht­en (Lay­er). Das 3D-Mod­ell auf dem Bild­schirm wird also zuerst wie ein Brot in feine Scheibchen (Fach­be­griff: Slic­ing) geschnit­ten, die der 3D-Druck­er dann nach und nach abar­beit­et. Bei vie­len Druck­ern bewegt sich zum Beispiel der Druck­kopf immer nur auf ein­er Ebene und mit jedem zusät­zlichen Lay­er senkt sich die Boden­plat­te ein Stück ab. Das hängt von den ver­wen­de­ten Mate­ri­alien ab. Tinte hil­ft hier natür­lich wenig. Für den 3D-Druck kom­men meis­tens die fol­gen­den Bestanteile in Frage:

3D-Druck mit geschmolzenem Material

Die bekan­nteste Meth­ode ist wohl der 3D-Druck mit geschmolzen­em Kun­st­stoff. Die drei Buch­staben FDM fall­en in diesem Zusam­men­hang häu­fig. Die Rede ist dabei ein­fach von „Fused Despo­si­tion Mod­el­ing“, also auf Deutsch etwa „Schmelzschich­tung“. Der 3D-Druck­er bekommt den Kun­st­stoff zum Beispiel als lan­gen Draht, erhitzt ihn im Druck­kopf ger­ade so hoch, dass er flüs­sig wird und fährt dann den vorgegebe­nen Lay­er ab – wie eine Heißk­le­bepis­tole, nur viel fein­er und präzis­er. Plus: Er muss eine bes­timmte Geschwindigkeit ein­hal­ten. Denn wenn ein Lay­er fer­tig ist, muss das Mate­r­i­al erst hart wer­den, bevor die darüber liegende Schicht aufge­tra­gen wer­den kann. Son­st trifft Flüs­sigkeit auf Flüs­sigkeit und die ganze Angele­gen­heit wird insta­bil. Wenn Du auf diese Art ein Mod­ell mit einem Hohlraum druck­en möcht­est, kannst Du einen gängi­gen Trick anwen­den: Näm­lich einen zweit­en Druck­kopf bzw. Extrud­er ein­set­zen, der nicht mit Kun­st­stoff, son­dern zum Beispiel mit wasser­lös­lichem Mate­r­i­al arbeit­et und den Hohlraum aus­füllt. Nach dem Druck­vor­gang kannst Du diese Hil­fe dann ein­fach abwaschen.
Ide­al für: Deine eigene Smart­phone-Hülle, Stormtroop­er-Auf­sätze für Deinen Wasser­hahn oder eine ziem­lich laute Trillerpfeife.

Quelle: Youtube/ Solid Concepts

3D-Druck mit Pul­ver

Bei der soge­nan­nten 3DP-Meth­ode wird es schon anspruchsvoller, denn bei diesem 3D-Druck mit Pul­ver kommt das Pul­ver nicht etwa aus dem Extrud­er (Druck­kopf), son­dern liegt in ein­er Schicht auf der Boden­plat­te des Druck­ers. Aus dem Extrud­er kommt, wie bei einem Tin­ten­strahldruck­er, Flüs­sigkeit – näm­lich flüs­siger Kleb­stoff. Die Druck­dat­en kom­men wieder als Lay­er zum Druck­er und dann geht es los: Ein oder auch mehrere Extrud­er tra­gen den Kleb­stoff auf die erste Schicht auf. Dann wird die Boden­plat­te um die Höhe ein­er Schicht abge­senkt und ein Rakel trägt die zweite Pul­ver­schicht auf, die dann entsprechend wieder durch den Extrud­er verklebt wird. Dieser Vor­gang wieder­holt sich solange, bis schließlich das fer­tige 3D-Objekt auf der Boden­plat­te ste­ht, aber nicht ganz alleine. Denn bei dieser Tech­nolo­gie bleibt das über­schüs­sige Pul­ver erhal­ten und kann Über­hänge oder Hohlräume abstützen. Dein fer­tiges Objekt kannst Du dann nach­bear­beit­en und das Pul­ver zum Beispiel mit Druck­luft ent­fer­nen. Vorteil: Es kann beim näch­sten Mal ein­fach wiederver­wen­det wer­den. Das macht diese Meth­ode extrem ressourcenscho­nend. Im Hochleis­tungs­bere­ich wird es noch eine Spur cool­er. Denn statt Flüs­sigk­le­ber arbeit­en sor­ge­nan­nte SLS-Druck­er mit Lasern in ein­er Schutzat­mo­sphäre. SLS ste­ht für Selec­tive Laser Sin­ter­ing, also „Selek­tives Laser­schmelzen“. Statt Kun­st­stoff kön­nen damit auch Objek­te aus Met­all, Keramik und Sand gedruckt wer­den.
Ide­al für: Deine eigene Besteck­lin­ie, eine 1 mit Sternchen im Töpfer­kurs oder Dein eigenes (Binford-)Werkzeug.

Quelle: Youtube/ CEN Online

3D-Druck mit Flüs­sigkeit­en

Zwar kam bei 3D-Druck mit Pul­ver auch schon Flüs­sigkeit zum Ein­satz, aber nur als Kle­ber, der den eigentlichen Baustoff (das Pul­ver) zusam­men­hält. Beim 3D-Druck mit Flüs­sigkeit, der soge­nan­nten Stere­olith­o­grafie (STL oder SLA) wird es richtig nass. Denn hier ist ein ganzes Beck­en mit speziellem, flüs­si­gen Kun­st­stoff gefüllt. Das Beson­dere: Der Kun­st­stoff härtet durch Belich­tung aus. Wieder wird in Schicht­en gedruckt. Bei dieser 3D-Druck-Tech­nik bewegt sich aber meis­tens das Druck­bett und der Druck­kopf bleibt starr. Statt Kle­ber kommt ein Laser­strahl aus dem Extrud­er, der die Ober­fläche des flüs­si­gen Kun­st­stoffs belichtet. Nach ein­er Schicht senkt sich der Boden um die Höhe eines Lay­ers ab, sodass sich darüber wieder Flüs­sigkeit sam­meln kann. Dann ist wieder der Laser dran. Sobald der Druck­vor­gang fer­tig ist, wird das fer­tige Objekt aus sein­er Bade­wanne ent­nom­men und kommt in eine Belich­tungskam­mer, die es kom­plett aushärten lässt. Vorteil: Die Ergeb­nisse wer­den richtig gut. Nachteil: Diese Tech­nolo­gie ist (noch) ziem­lich teuer. Dieses Ver­fahren funk­tion­iert auch mit beson­deren Keramik-Pho­topoly­mer-Mis­ch­ma­te­ri­alien. Hier wird im Nach­gang dann nicht belichtet, son­dern gebran­nt: Das keramis­che Mate­r­i­al härtet aus und der Kun­st­stoff-Anteil ver­bren­nt.
Ide­al für: Deine eigene Vase, detail­lierte Skulp­turen oder fil­igrane Mod­elle.

Quelle: Youtube/ Clemens Pohl

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