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Entwicklung

3D-Druck: Plug & Play mit Hindernissen [Developer Week]

    3D-Druck: Plug & Play mit Hindernissen [Developer Week]

Ergebnisse aus dem 3D-Drucker. (Foto: Developer Week)

3D-Druck gilt als Zukunftstechnologie, doch bislang halten sich die Erfolge noch in Grenzen. Auf der Developer Week haben Experten jetzt Einblicke in diese Technik gegeben und gezeigt: Noch ist vieles Spielerei, aber die hat Potenzial.

Während die breite Öffentlichkeit erst seit relativ kurzer Zeit weiß, dass man auch 3D ausdrucken kann, ist das Thema in der Entwicklerszene natürlich schon längst bekannt. Trotzdem dürfte es einige geben, die bislang kaum Berührungspunkte mit diesen Geräten hatten und einen 3D-Drucker auch noch nicht live erlebt haben. Diese Möglichkeit hat die Developer Week, Europas größte unabhängige Entwickler-Konferenz, in Nürnberg geboten. Experten in Sachen dreidimensionalem Druck haben praktische Tipps zur Handhabung gegeben und ein Bild für die zukünftige Anwendung solcher Geräte gezeichnet.

Wie funktioniert überhaupt ein 3D-Drucker, welche Materialien kann er verwenden, was für Objekte können damit hergestellt werden und welche Anwendungsbeispiele gibt es heute schon und welche sind für die Zukunft denkbar? Diese und weitere Fragen konnten auf den Maker Spaces der Developer Week beantwortet werden. Christian Caroli, Autor des Fachbuchs RepRap Hacks zum Thema 3D-Drucke und Vorstand des FabLab Karlsruhe e.V., einer offenen Werkstatt für neue Technologien und Ideenschmiede, hat interessierten Besuchern Rede und Antwort gestanden und anschaulich die Funktionsweise und das Innenleben eines selbst gebauten 3D-Druckers demonstriert und praktische Tricks verraten, um zu einem guten Druckergebnis zu gelangen.

So sieht der selbst gebaute 3D-Drucker aus. (Foto: Developer Week)
So sieht der selbst gebaute 3D-Drucker aus. (Foto: Developer Week)

Das Material macht den Unterschied

Wer glaubt, man könne 3D-Drucker einfach anstöpseln und losdrucken, wird vom Druckergebnis her wahrscheinlich zunächst enttäuscht sein. „Es gibt verschiedene Materialien, die ein 3D-Drucker verarbeiten kann“, erklärt Christian Caroli von FabLab, „allerdings ist ein Drucker immer auf ein Material spezialisiert“. Die meisten 3D-Drucker verarbeiten Kunststoffe, es gibt aber auch Geräte, die Metalle verwenden. Dazu benötigt es spezielle Lasersinter-Drucker, die allerdings hinsichtlich Größe und Kosten ausschließlich von Industrieunternehmen betrieben werden können.

Um sowohl den Anforderungen des zu druckenden Objekts als auch der Umweltverträglichkeit gerecht zu werden, empfiehlt Caroli die Verwendung von PLA (Polymilchsäure) als Kunststoff. Dieser sei von seinen Verarbeitungseigenschaften her gut geeignet und außerdem ungiftig und biologisch abbaubar. „Meines Wissens ist das Schlimmste, was bei einer zu starken Erhitzung von PLA passieren kann, das Karamell entsteht“, schmunzelt Caroli. Die Anforderungen an das zu verarbeitende Material sind vielfältig: Zunächst muss es sich leicht erhitzen lassen aber auch schnell wieder abkühlen um auszuhärten. Zudem ist es unerlässlich, dass das Material gute Hafteigenschaften aufweist, denn das zu druckende Objekt darf während des Druckvorgangs nicht verrutschen oder sich bewegen. Schließlich wird der Kunststoff in hauchdünnen Schichten aufgetragen und jede Bewegung würde am Objekt nachher als Fehler sichtbar sein. Knifflig ist das besonders, wenn man hohe Objekte wie zum Beispiel Statuen drucken möchte.

Private Nutzung von 3D-Druckern heute meist nur Spielerei

Christian Caroli auf der Developer Week. (Foto: Developer Week)
Christian Caroli auf der Developer Week. (Foto: Developer Week)

Die heute am meisten verbreitete 3D-Druck-Technik ist das Fused Deposition Modelling, genannt FDM. Gesteuert wird der 3D-Drucker bei Christian Caroli durch einen Mikroprozessor auf Arduino-Basis. Doch bevor dieser das gewünschte Objekt ausdrucken kann, benötigt er ein 3D-Modell davon. Zusätzlich bedarf es einer Software, die dafür sorgt, dass das 3D-Objekt in Scheiben geschnitten und in Bewegungsdaten umgerechnet wird. Eine gewisse Vorarbeit ist also immer nötig, bevor der Drucker mit seiner „Arbeit“ beginnen kann. „Hier zeigt sich, dass die private Nutzung von 3D-Druckern heute noch etwas schwierig ist“, erklärt Caroli. „Zwar gibt es im Internet schon einige 3D-Vorlagen zum Download, ein beliebiges Objekt einfach auszudrucken ist allerdings so einfach nicht möglich.“

Auch beim Thema Mehrfarbigkeit stößt der 3D-Drucker heute noch an seine Grenzen. Drucker mit FDM-Technik können maximal zwei bis drei Farben steuern, ein fotorealistisches vielfarbiges Objekt könne damit jedoch nicht gedruckt werden. Dazu sind andere Techniken nötig. „Im privaten Bereich werden 3D-Drucker heute erst wenig eingesetzt, allenfalls im Bereich Modellbau“, überlegt Christian Caroli. „Ich drucke mir zum Beispiel meine Kleiderhaken Zuhause selbst, weil die Handelsüblichen mir meist nicht gefallen oder aber nicht in der gewünschten Stückzahl verfügbar sind“. Er räumt aber ein, dass dies als alleinige Motivation wohl kaum die Anschaffung eines 3D-Druckers rechtfertigen würde.

Kommerzielle Anwendung vor allem im Rapid Prototyping

3D-Druck macht heute vor allem in der kommerziellen Anwendung Sinn – und zwar wenn sehr kleine Stückzahlen von Objekten schnell und unkompliziert hergestellt werden sollen. Vor allem im Bereich Rapid Prototyping spielt der 3D-Drucker heute schon eine wichtige Rolle und erleichtert die Begutachtung und Kontrolle von Prototypen, die sonst nur auf dem Computer vorhanden sind. So kommt der 3D-Drucker heute zum Beispiel schon im Industriedesign, in der Medizin- und Zahntechnik oder auch zur Veranschaulichung von Architektur zum Einsatz. Der große Vorteil von 3D-Druckern liegt in seinem additiven Verfahren. Anstatt wie bei einer Fräsung Material vom Rohobjekt wegzunehmen, kann der 3D-Drucker Objekte bauen. Da man die Materialdichte selbst wählen kann, können extrem leichte Objekte erstellt werden, die beispielsweise im Leichtbau-Bereich Anwendung finden. Zudem ermöglicht dieses Verfahren Formen mit Löchern und Schlitzen an Stellen, an die eine Fräse nie gelangen könnte. „Ein 3D-Drucker könnte ein Überraschungsei inklusive Hülle und Inhalt in einem Arbeitsschritt herstellen“, erklärt Christian Caroli. „Das eröffnet ganz neue Produktionsmöglichkeiten – im Moment allerdings (noch) nicht für Massenproduktionen“.

Gefragt nach den enormen Preisunterschieden bei 3D-Druckern am Markt weiß er: „Je nach Größe und Genauigkeit des Drucks variiert der Preis der Geräte“. Auch beim Material gibt es große Preisdifferenzen: „Ein vernünftiger Preis für das Druckmaterial liegt bei etwa 25 bis 30 Euro pro Kilogramm“. Darunter erfüllt das Material meist nicht die Anforderungen und darüber gibt es oft kaum einen Zusatznutzen.

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