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Was ist 3d-Druck und wie funktioniert das?

3d-Drucker bieten heute eine gute Möglichkeit virtuelle 3d-Designs auch in physischer Form zur Verfügung zu stellen. Beim häufig verwendeten FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling, deutsch: Schmelzschichtung) werden Modelle durch das Schmelzen und schichtweise Auftragen eines geschmolzenen Kunststoff-Fadens (Filament) aufgebaut. Der häufig verwendete Kunststoff PLA (Polylactide oder Polymilchsäure) basiert z. B. auf Maisstärke und ist einer der Kunststoffe, die biologisch abbaubar sind.

Es gibt noch viele weitere Kunststoffarten und Kunststoffkombinationen, die zum 3d-Druck verwendet werden können. Dazu gehören neben PLA z. B. das ebenfalls sehr verbreitete ABS, Nylon, PVA, PET und viele weitere, schmelzbare Kunststoffe. Zusätzlich kann der Kunststoff auch einfach nur als Trägermaterial für andere Werkstoffe wie z. B. Holz verwendet werden, was den 3d-Drucker befähigt, Objekte aus pressspahnähnlichem Material zu drucken.

Je nach Material, Schichtdicke und Füllwert kann beim 3d-Druck ein sehr genaues und relativ stabiles Objekt erstellt werden.

Um das Modell drucken zu können, muss es zuerst in einer 3d-Software wie Hash Animation:Master (www.hash.com) erstellt werden um es dann als STL-Datei (Surface Tesselation Language, ein standardtisiertes Austauschformat für 3d-Druckdaten) zu exportieren.

Das Modell wird dann im STL-Format in ein sogenanntes Slicer-Programm importiert, das aus dem 3d-Modell Steuerbewegungen für den Drucker generiert, so dass dieser das Modell drucken kann.

3d-Druck-Filament
Bild: Verschiedene Filament-Farben und Typen sowie Rollengrößen

 
Cubify Cube3d
Formlabs Form 1: Stereolitographie-Drucker
Makerbot Replicator 2
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Je nach Modell, Drucker und Filament können dabei Schichtdicken bis ca. 25 Micrometer erreicht werden. FDM-Drucker wie der MakerBot Replicator 2 und der Cubify Cube3d erreichen max. 75 Micrometer Schichtdicke).

Neben dem FDM-Verfahren, können auch andere Verfahren eingesetzt werden, wie z. B. die Stereolithographie. Bei diesem Verfahren härtet ein Laserstrahl eine Kunstharzflüssigkeit an den gewünschten Stellen aus. Durch die hohe Auflösung des Lasers werden besonders hohe Detailgrade möglich, wodurch Modelle deutlich genauer gedruckt werden können als beim FDM-Verfahren.
(Schichtdicken von bis zu 25 Micrometer per Stereolithographie sind beim Form 1 möglich)

Allerdings ist Kunstharz auch im ausgehärtetem Zustand deutlich weniger halt- und belastbar als PLA oder ABS-Kunststoffe, wie Sie bei FDM-Verfahren eingesetzt werden können.

Alle 3d-Druckverfahren haben bei bestimmten Modellen allerdings ein Problem mit überstehenden Flächen, da beide Verfahren darauf setzen, auf der vorherigen Schicht eine neue Schicht auftragen zu können. Existiert die vorherige Schicht beim Druck nicht, bleibt dem Drucker nichts anderes übrig, als entweder in der Luft zu drucken (was nicht funktionieren kann) oder sogenannte Support-Strukturen zu drucken. Je nach Modell, Drucker und Slicer können diese Supportstrukturen problematisch oder weniger problematisch ablösbar sein.

 

Es gibt auch Methoden dieses Problem zu umgehen. Dazu gehören z. B. 3d-Drucker mit 2 Druckköpfen, die dann 2 Materialien gleichzeitig drucken können. Druckt man dann die Support-Strukturen z. B. in einem Kunststoff, der wasserlaugenlöslich ist (wie z. B. PVA / Polyvinylacetat), ist das Abtrennen kein großes Problem mehr. Hier druckt man das eigentliche Modell dann z. B. in PLA (unempfindlich gegen Seifenlauge) und kann damit nahezu rückstandslos Supportstrukturen entfernen und auch relativ komplexe Modelle ohne größere Anstrengungen drucken.

 
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