Schichtarbeiter
3D-Drucker für Hobby und Gewerbe
Für viele Modellbauer, Maker und Tüftler ist der eigene 3D-Drucker ein sehnlicher Wunschtraum. Welcher Anwender sollte ihn sich erfüllen, welcher ihn lieber weiter träumen und sich mit Dienstleistern behelfen? Und wonach wählt man das richtige Modell, damit der erfüllte Wunsch nicht zum Albtraum wird?
Die 3D-Drucktechnik wird seit Jahren gehypt. Es gibt Prognosen, dass wir Waren in Zukunft nach dem Kauf nicht mehr physisch geliefert bekommen, sondern als 3D-Vorlage zum Selbstausdrucken. Nützlich ist die Technik schon heute, beispielsweise im Modellbau. In den letzten zwei Jahren sind eine Menge brauchbarer Geräte zu Preisen zwischen 500 und 1000 Euro auf den Markt gekommen, die auch für Heimwerker und Selbstständige mit bescheidenem Umsatz erschwinglich sind.
Verfahrensweise
Preiswertere 3D-Drucker arbeiten mit dem Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) genannten Schmelzschichtverfahren. Sie schmelzen einen Kunststoffdraht in einer heißen Druckdüse und bauen mit dem Faden schichtweise das Modell auf. Die Druckdüse (Extruder) fährt also wie bei einem klassischen Tintendrucker zunächst in zwei Richtungen über die Druckfläche. Ist eine Schicht fertig, hebt der Druckkopf um die Schichtstärke an und druckt die nächste Schicht. Theoretisch kann man nach diesem Verfahren so ziemlich alles verarbeiten, was bei Zimmertemperatur fest ist und bei höheren Temperaturen schmilzt – auch Schokolade. In der Praxis kommen überwiegend Kunststofffilamente aus Polylactid (PLA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) zum Einsatz. Der Kunststoffdraht wird mit einem Schrittmotor im Extruder durch die heiße Düse gedrückt. Wer die Geräte zur Verzierung von Weihnachtsplätzchen mit Schokoladenfigürchen nutzen will, scheitert bei handelsüblichen FDM-Druckern also vor allem an der für derartiges Material ungeeigneten Transporttechnik. Es gibt auch für Schokolade geeignete Drucker – die allerdings wiederum kein Plastik drucken.
Andere Drucktechniken wie Lasersintern sind sehr viel aufwendiger und teuer. Sie erfordern zum Teil eingearbeitetes Fachpersonal, sodass ihr Einsatz bislang auf die Industrie beschränkt ist. Anders das Stereolitografie-Verfahren: 3D-Drucker, die nach diesem Verfahren arbeiten, sind in der Regel ebenfalls teuer, seit kurzem gibt es aber auch ein Gerät für knapp unter 2000 Euro, den Nobel von XYZPrinting (siehe c’t 20/15, S. 62).
Beim Stereolitografie-Verfahren wird das Modell in einem Bad aus flüssigem Kunstharz mit einem Laserstrahl ausgehärtet und dabei langsam aus der Flüssigkeit herausgezogen. Das ermöglicht deutlich feinere Strukturen als im FDM-Verfahren, und Überhänge sind weniger problematisch. Dafür dauern die Drucke um einiges länger und die Handhabung des recht teuren Kunstharzes ist aufwendiger, weil man das Druckbad regelmäßig mit Alkohol reinigen muss. Das Kunstharz kostet beim Hersteller des Nobel 135 Euro pro Liter. Nach dem Druck ist es viel härter als ABS oder PLA und kann ähnlich wie Metall nachbearbeitet werden. Wo bei der Entwicklung von Prototypen hohe Präzision gefragt ist, ist ein Stereolithografie-Drucker eine Überlegung wert. Professionelle Geräte kosten allerdings deutlich mehr als das Einsteigermodell Nobel von XYZprinting.
Deutlich günstiger geht es mit den erwähnten FDM-Druckern. PLA verarbeiten sie alle. ABS ist zwar etwas haltbarer und widerstandsfähiger, seine Verarbeitung stellt aber bestimmte Anforderungen, die nicht alle 3D-Drucker im unteren Preissegment erfüllen. So benötigt man zum einen höhere Temperaturen an der Düse und zum anderen neigt ABS stärker als PLA dazu, sich beim Abkühlen zu verziehen. Dadurch gerät das Modell nicht nur mehr oder minder aus der Form, es kann sich auch vorzeitig vom Druckbett lösen und dadurch der Druck komplett fehlschlagen. Mit einem beheizten Druckbett kann man dieser Gefahr wirksam begegnen. Auch für PLA ist die beheizte Druckplatte die bessere Lösung – es geht mit PLA aber auch ohne. Bei manchen Modellen ist sie nachrüstbar. Eine Auswahl aktueller Fertiggeräte und Bausätze zeigt die Tabelle auf den Seiten 132 und 133 unten.