3D-Druck: Wie es funktioniert, wo werden Vorlagen heruntergeladen und wie fange ich an?

Grundlagen des 3D-Drucks - INHALT

1. Wie funktioniert ein 3D-Drucker?
2. So wählen Sie einen 3D-Drucker aus: Funktionen, Parameter und Marken
3. Was wird für den 3D-Druck benötigt?
4. Was kann auf einem 3D-Drucker hergestellt werden und wo erhalten Sie Vorlagen/Modelle?

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

3D-Druck ist eine Art additive (zusätzliche) Produktion, dh die Produktion von Produkten erfolgt durch schrittweise Zugabe von Material. Dies unterscheidet sich sowohl von der Bearbeitung als auch vom Fräsen der CNC-Produktion, bei der im Gegenteil Material entfernt, dh Produkte geschnitten werden. Obwohl diesesVerfahren in der Massenproduktion sehr schnell und vorteilhaft sind, erfordern sie Hintergrundwissen, Finanzen, professionelles Personal und viel Schulung. Bevor Sie überhaupt Zeit haben, eine Form zum Gießen zu erstellen, können Sie das, was Sie benötigen, auf einem 3D-Drucker drucken lassen. Wenn es um die Produktion selbst geht, ist der 3D-Druck langsamer. Da Sie aber fast sofort drucken können, ist dies eine ideale Technologie für die kundenspezifische Produktion in kleinem Maßstab oder für Heimwerkerarbeiten.

Wir unterscheiden zwei grundlegende Methoden zum Drucken von 3D-Objekten - FDM (FFF) und SLA. Beide Prinzipien werden unten erklärt. Wichtig ist, dass FDM-Drucker viel weiter verbreitet und beliebter sind. Sie beginnen bei niedrigeren Preisen und ermöglichen das Drucken aus einer Vielzahl von Materialien. Obwohl SLA-Drucker diese Vorteile nicht bieten, können FDM-Drucker mit ihnen nicht gemessen werden, wenn es um Druckgenauigkeit, die Fähigkeit, selbst kleine Details zu realisieren und eine glatte Oberfläche zu erzeugen, geht. Wenn Sie verstehen, wie beide Drucktechnologien funktionieren, ist klar, warum.

FDM (FFF) 3D-Druck

FDM steht für Fused Deposition Modeling, ist jedoch eine Schutzmarke von Stratasys. Obwohl es in der 3D-Druck-Community weit verbreitet ist, finden Sie es normalerweise nicht auf den Websites von Herstellern. Der korrekte Name der Technologie lautet daher FFF (Fused Filament Fabrication), was als Produktion mit geschmolzenem Filament übersetzt werden kann. Und diese Technologie basiert, wie schon erwähnt, auf dem Schmelzen und der kontrollierten Verteilung des Filaments, der Druckmaterialkette.

Der FFF-3D-Druck selbst läuft wie folgt ab: Das Druckmaterial wird in Form einer Zeichenfolge in den Drucker eingegeben. Es wird dann im Druckkopf (Extruder) so weit geschmolzen, dass es durch eine Düse geschoben und in Schichten in ein Druckprodukt umgewandelt werden kann. Der 3D-Druck basiert auf der präzisen Erzeugung dünner Schichten. Der Druckkopf bewegt sich gemäß den anhand des 3D-Modells erstellten Anweisungen über das Druckfeld (Bed) und platziert das Produkt in Schichten von unten nach oben.

Diese Druckmethode ist genau, hängt jedoch von der Düsenauflösung ab. Gleichzeitig bringt es mehrere Nebenwirkungen mit sich, beispielsweise die Tatsache, dass das Druckmaterial beim Abkühlen seine Eigenschaften ändern und unerwartet kollidieren kann (in der Größenordnung von Millimetern). Daher neigen die Druckkissen dazu, sich zu erwärmen. Ihre Temperatur variiert je nach Filament, liegt aber üblicherweise zwischen 50 und 120 ° C - die Abkühlung des Materials ist zumindest teilweise steuerbar. Die Temperatur, bei der das Material im Druckkopf schmilzt, beträgt normalerweise 190 bis 280 ° C, bei üblichen Materialien maximal 230 ° C.

Die Vorteile des FFF-3D-Drucks überwiegen jedoch. Das grundlegende Plus sind die geringen Anschaffungs- und Betriebskosten. Sie können einen Standard-FFF-3D-Drucker für wenige hunderte Euro kaufen, müssen nur ein Minimum an Teilen austauschen und haben die Wahl zwischen vielen Druckmaterialien mit verschiedenen Farben und Eigenschaften. Sie können Objekte drucken, die langlebig, solide, flexibel sind, im Dunkeln leuchten, leitfähig sind, Holz imitieren und vieles mehr. Darüber hinaus ist das Drucken auf einem FFF-Drucker schnell - bereiten Sie einfach das Modell vor oder laden Sie es herunter, erstellen Sie Anweisungen für den Drucker und senden Sie es. Dies macht diesen Druckertyp für das Prototyping geeignet, selbst für alle, die einen 3D-Drucker mit praktischer Ausrüstung für den täglichen Gebrauch wünschen.

SLA 3D-Druck (Stereolithographie)

Der 3D-Druck mit der SLA-Methode basiert auf einem völlig anderen Prinzip als der FFF. Obwohl es sich auch um ein additives Produktionsverfahren handelt, spielt es nicht länger die Rolle eines bei hohen Temperaturen geschmolzenen Filaments oder eines sich bewegenden Druckkopfs, der die Formen des Produkts beschreibt. Der SLA-3D-Druck ist viel futuristischer: Grundlage ist die allmähliche Aushärtung des photoreaktiven Harzes entweder durch Laser oder durch Dioden.

Der Prozess beginnt mit dem Gießen einer dünnen Schicht flüssigen Harzes in einen Behälter, in den auch die Druckplattform eingetaucht ist. Der Boden des Behälters wird dann kontrolliert von unten mit präzisem Licht bestrahlt, wodurch das Harz aushärtet und an der Druckplattform haftet. Das Licht wird natürlich so gesteuert, dass es nur die Bereiche beeinflusst, die die Produktschicht bilden sollen. Wenn eine Schicht fertig ist (vollständig ausgehärtet), steigt die Druckplattform um ihre Höhe und das Licht beginnt, eine neue Schicht zu bilden. Die Schichten haben eine Höhe in der Größenordnung von Zehnteln oder sogar Hunderten von Millimetern. Das gedruckte Produkt wird jederzeit von oben gehalten, so dass es bei beschleunigten Aufnahmen so aussieht, als wäre es allmählich aus dem Harzbehälter herausgezogen worden.

Sogar SLA 3D-Drucker unterscheiden sich voneinander, insbesondere die Art des Lichts, mit dem sie das Harz bestrahlen. Die Basistechnologien sind Laser-SLA, DLP-SLA (Digital Light Processing) und MSLA (Masken-SLA). Der SLA-Laser bestrahlt die Schicht allmählich mit einem einzigen dünnen Laserstrahl, was den Prozess ziemlich langwierig macht. Das DLP-SLA verwendet einen Projektor, um die gesamte Schicht auf einmal zu bestrahlen, sodass der Prozess schneller ist. Heutzutage gilt das MSLA-Prinzip jedoch als Stand der Technik, der ähnlich wie DLP funktioniert, jedoch anstelle eines Projektors ein LCD-Display verwendet, häufig in Kombination mit UV-Dioden. Diese dienen als Lichtquelle und das LCD als Maske, die das UV-Hintergrundlicht so an die zu druckende Schicht anpasst.

Dank der Verwendung von Licht anstelle mechanischer Bewegungen des Druckkopfs sind SLA 3D-Drucker wesentlich genauer als FFF-Drucker und können aus dem gleichen Grund auch Objekte mit einer sehr glatten Oberfläche erstellen. Wenn Sie also häufig sehr detaillierte Produkte drucken möchten, ist die SLA-Technologie möglicherweise genau das Richtige für Sie. Es hat jedoch auch seine Grenzen und diese sind hauptsächlich mit photoreaktivem Harz verbunden. Dies kann hinsichtlich Preis, Angebotsbreite oder Materialeigenschaften nicht mit Filamenten für den FFF-Druck gleichgesetzt werden. Was auch immer Sie machen müssen, Sie werden fast immer das ideale Filament finden. Es ist nicht dasselbe, über Harz zu sagen.

So wählen Sie einen 3D-Drucker aus: Funktionen, Parameter und Marken

Wenn Sie sich für einen 3D-Drucker entschieden haben, werden Sie auf jeden Fall interessiert sein, warum einige Modelle teurer sind als andere und wie sich die Parameter und Funktionen unterscheiden. Ein 3D-Drucker kann für niedrigere Preise, aber auch für Tausende Euro gekauft werden. Um zu wissen, ob es sinnvoll ist, in ein teureres Modell zu investieren, oder ob ein grundlegendes Modell ausreicht, ist es wichtig, sich zumindest an den grundlegenden Parametern und Funktionen zu orientieren. Was ist bei der Auswahl zu beachten?

• Drucktechnologie: Wie die beiden Hauptmethoden des 3D-Drucks funktionieren, haben wir oben ausführlicher erläutert. Wenn Sie Ihren ersten Drucker auswählen, ist es wahrscheinlich besser, nach der universellen FDM/FFF-Technologie zu greifen.
• Druckblockgröße (Bett): Dieser Parameter ist besonders wichtig, wenn Sie größere Produkte drucken möchten. Gleichzeitig ist dies einer der Parameter, die den Preis eines 3D-Druckers erheblich beeinflussen.
• Unterstützte Materialien: 3D-Drucker sind immer weniger vielseitig. Einige Modelle unterstützen nur bestimmte Materialien, andere können fast alles drucken. Überlegen Sie sich vor dem Kauf eines 3D-Druckers, aus welchen Materialien Sie drucken möchten. Die gebräuchlichsten und universellsten Filamente sind ABS und PLA .
• Druckgeschwindigkeit: Die Fähigkeit eines 3D-Druckers, schnell zu drucken, ist zweifellos wichtig, insbesondere wenn Sie schnell eine große Anzahl von groben Prototypen erstellen müssen. Höhere Druckgeschwindigkeiten führen zu einem deutlichen Qualitätsverlust. Daher ist die maximale Druckgeschwindigkeit nicht immer der wichtigste Parameter, es ist jedoch ratsam, sie zu berücksichtigen.
• Druckauflösung: Die Genauigkeit, mit der ein 3D-Drucker Produkte erstellen kann, wird stark von der Druckauflösung beeinflusst. Wir teilen die Auflösung in horizontal und vertikal. Horizontal ist definiert als der Mindestabstand, um den sich der Druckkopf entlang der X- und Y-Achse bewegen kann (bei SLA-Druckern ist dies die Auflösung des projizierten Lichts). Die vertikale Auflösung wird durch die Mindestdicke einer Schicht dargestellt. FDM-Drucker drucken Schichten mit einer Dicke von unteren Einheiten von Zehntel Millimetern (bis zu 0,2 mm), SLA in der Größenordnung von unteren Hundertstel (bis zu 0,02 mm). Eine viel höhere Auflösung ist der Hauptgrund, warum SLA 3D-Drucker genauer drucken als FDM / FFF.
• Gesamtgröße des Druckers: Natürlich ist auch die Gesamtgröße des Druckers wichtig. Es entscheidet, ob Sie es am Rand des Tisches neben dem Computer haben können oder ob Sie einen separaten Arbeitsplatz einrichten müssen.
• Konstruktion: 3D-Drucker können manchmal in zwei verschiedenen Paketen gekauft werden - als "Kit" und als fertiges Stück. Und Kits variieren manchmal - einige Drucker benötigen eine Stunde, andere maximal zehn Minuten. Überprüfen Sie daher das Produktetikett immer sorgfältig, damit Sie beim Auspacken nicht überrascht werden. Lesen Sie nach dem Auspacken unbedingt die Anweisungen für den 3D-Drucker. Es ist keine schlechte Idee, sie in Form eines Kits zu erhalten. Dies ist der erste Test für Ihre Begeisterung und Geduld, und Sie benötigen weiterhin beide für den 3D-Druck .

Es gibt eine Reihe von Herstellern mit 3D-Druckern auf dem Markt, daher werden wir kurz auf die wichtigsten eingehen.

Prusa

Die Marke, die vom tschechischen Heimwerker und Erfinder Josef Průša gegründet wurde, hat Weltruhm erlangt und produziert heute Heimdrucker, die als die besten 3D-Drucker der Welt bezeichnet werden können. Alle Prusa-Drucker sind als Open-Source-Hardware konzipiert. Dies bedeutet, dass ihr Design frei nachverfolgt und aus dem Internet heruntergeladen werden kann. Wenn Sie einige benutzerdefinierte Verbesserungen vornehmen, ist die Implementierung relativ einfach. Prusa-Drucker gehören jedoch nicht zu den billigsten und müssen oft auf sie warten, da die Nachfrage das Angebot bei weitem übersteigt. Wenn Sie jedoch zu Hause haben möchten, was den heutigen 3D-Druck ausmacht, lohnt es sich auf jeden Fall, in einen der Prusa 3D-Drucker zu investieren.

Creality

Wenn Sie nicht viel ausgeben möchten, um einen Drucker zu kaufen, aber ein qualitativ hochwertiges Eingabemodell wünschen, greifen Sie am besten zu einem der Creality-Drucker. Die Modelle dieser Marke erhalten hervorragende Bewertungen in Rezensionen von Fachzeitschriften sowie zahlreiche Auszeichnungen. Ihr Hauptvorteil ist der niedrige Preis und auch die Anzahl der auf Lager befindlichen Teile. Creality hat eine relativ hohe Produktion, die in China stattfindet, aber die Nachfrage befriedigt, so dass diese 3D-Drucker normalerweise auf Lager sind. Wenn Sie also einen Qualitätsdrucker zu einem erschwinglichen Preis wünschen, sind Creality-Modelle möglicherweise das Richtige für Sie.

Was wird für den 3D-Druck benötigt?

Der Kauf eines 3D-Druckers ist zwar der größte und wichtigste Schritt, um mit dem Drucken von 3D-Produkten zu beginnen, aber nicht der einzige. Was benötigen Sie also, um auf einem 3D-Drucker zu drucken?

• 3D-Drucker: Dass Sie einen 3D-Drucker für den 3D-Druck benötigen, ist klar. Wir wählen den Drucker selbst in den vorherigen Abschnitten des Artikels.
• 3D-Modelle: Modelle für den 3D-Druck müssen entweder selbst erstellt oder aus dem Internet heruntergeladen werden. Im letzten Kapitel dieses Artikels erfahren Sie, wo Sie herunterladbare Modelle finden.
• Computer: Sie müssen Modelle ohne Computer abrufen (oder erstellen) und für den 3D-Druck vorbereiten. Der Computer ist auch wichtig für die Aktualisierung der Druckerfirmware und anderer Aufgaben. Obwohl die Hardware möglicherweise nicht besonders leistungsfähig ist, funktioniert ein alter Computer mit weniger als 4 GB RAM nicht sehr gut.
• Slicer (3D-Drucksoftware): Wenn Sie ein 3D-Modell auf Ihrem Computer haben, müssen Sie daraus Anweisungen erstellen, die der 3D-Drucker versteht. Und genau das nennt die Software einen Slicer. Dies liegt daran, dass das Modell in Schichten geschnitten wird, auf denen der Drucker das Produkt erstellt. Sie müssen jedoch nichts für den Slicer bezahlen, die Druckerhersteller bieten ihn auf ihren Websites zum kostenlosen Download an.
• Filament: Das Baumaterial von FDM / FFF-Druckern wird als Filament bezeichnet. Hierbei handelt es sich um einen Thermoplasten, der zu Strings geformt wird, die von Spulen verkauft werden. Der Durchmesser ist wichtig, aber die überwiegende Mehrheit der Heimdrucker druckt mit 1,75 mm dicken Filamenten. Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel über Filamente für den 3D-Druck .
• Werkzeuge: Zusätzlich zum Festziehen der Teile des 3D-Druckers können Sie nach Werkzeugen im 3D-Druck greifen, z. B. wenn das Produkt so fest am Druckblock haftet, dass es nicht von Hand entfernt werden kann. In solchen und anderen Fällen ist es ratsam, Spatel , Messer , Pinzetten , Schraubendreher und Schraubenschlüssel , eine Zange , einen Bremssattel , eine Taschenlampe und Sandpapier zur Hand zu haben .

Was kann auf einem 3D-Drucker hergestellt werden und wo erhalten Sie Vorlagen/Modelle?

Anstatt aufzulisten, was auf einem 3D-Drucker erstellt werden kann, ist es einfacher, eine Liste der auf einem 3D-Drucker nicht erstellten Elemente zu erstellen. Der Einsatz des 3D-Drucks ist nur durch Kreativität, Geduld, technische Fähigkeiten und die Gesetze der Physik begrenzt. Menschen stellen auf 3D-Druckern Musikinstrumente, Haushaltshilfen, Kleidung, Modelle menschlicher Körperteile oder medizinische Versorgung her. Was auch immer Sie sich vorstellen können, Sie können es selbst entwerfen und herstellen, wenn Sie über genügend Wissen verfügen. Für die Modellierung können Sie die kostenlose Software SketchUp Free, FreeCAD oder sogar Blender und 3D Paint verwenden, die Sie auf allen Computern mit Windows 10 finden.

Aber jeder Anfänger wird es sicherlich zu schätzen wissen, dass es im Internet kostenlos herunterladbare Vorlagen gibt. Sie müssen nichts modellieren, laden Sie einfach die STL-Datei herunter und bereiten Sie sie in einem Slicer für den 3D-Druck vor. Wo finde ich 3D-Modelle? Es gibt viele Websites mit kostenlosen 3D-Modellen im Internet. Zu den größten und bekanntesten gehören die unten aufgeführten.

Vorlagen für den 3D-Druck zum Download

• Thingiverse: Die größte Datenbank mit kostenlosen 3D-Modellen mit einer sehr aktiven Community.
• Cults: Datenbank mit verifizierten 3D-Modellen kostenlos und gegen Gebühr. Neben Community-Produkten finden Sie hier auch professionelle Designs.
• Pinshape: Eine übersichtliche Datenbank, in der die meisten Inhalte kostenlos heruntergeladen werden können.
• MyMiniFactory : Eine umfassende Datenbank mit Modellen mit bewährter Druckbarkeit. Eine große Anzahl von Modellen steht kostenlos zur Verfügung, mit der Möglichkeit eines freiwilligen Beitrags zum Autor.

Wenn Sie die Steuerung eines 3D-Druckers beherrschen und mit Modellen arbeiten, öffnet sich Ihnen die Tür zur Welt der nahezu unbegrenzten Möglichkeiten. Sie können sich alles machen, was Ihnen in den Sinn kommt. Es braucht nur Geduld, denn auch Fehler im 3D-Druck sind keine Ausnahme.