Wie funktioniert 3D-Druck?

Vergegenwärtigen Sie sich eine robotergesteuerte Heißklebepistole, die anstelle von Klebstoff Kunststoff verarbeitet, und schon haben Sie die Grundidee eines 3D-Druckers erfasst. Kunststoffstränge werden einem Druckkopf zugeführt, der erhitzt wird, um das Material zu schmelzen. Der Druckkopf bewegt sich äußerst präzise in drei Dimensionen und trägt Schicht für Schicht geschmolzenen Kunststoff auf die Druckplatte auf – die Oberfläche, auf der der Druck entsteht. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis ein dreidimensionales Objekt entstanden ist.

Der Ausgangspunkt: 3D-Modelle

Jedes Objekt, das mit einem 3D-Drucker gefertigt wird, basiert auf einem digitalen 3D-Modell. Solche Modelle werden üblicherweise mit CAD-Programmen erstellt, die für die Bearbeitung von realen 3D-Formen konzipiert wurden, beispielsweise TinkerCAD, Fusion360 oder Sketchup. Dies unterscheidet sich leicht von der Erstellung von 3D-Modellen für Filme oder Spiele, obwohl es prinzipiell möglich wäre, sehr detaillierte Figuren mit herkömmlicher 3D-Modellierungssoftware zu drucken.

Ein wesentlicher Vorteil von 3D-Druckern liegt in ihrer Fähigkeit, nahezu jedes erdenkliche Objekt herzustellen. Einige Modelle sind so komplex, dass ihre Fertigung mit traditionellen Methoden wie Gussformen oder CNC-Fräsen kaum realisierbar wäre. In solchen Fällen erweisen sich 3D-Drucker als unentbehrlich. Jedoch werden sie nicht ausschließlich für die Herstellung ausgefallener Geometrien eingesetzt. In der Forschung und Entwicklung großer Unternehmen ist es oft kostengünstiger, ein einzelnes Modell aus Kunststoff zu drucken, anstatt die gesamte Produktionsanlage für die Fertigung eines bestimmten Teils umzurüsten. Diesen Prozess nennt man Prototyping. Ein erster Entwurf wird dabei erstellt, um das endgültige Design ohne großen Zeit- und Materialaufwand zu testen.

Das Modell für den Druck vorbereiten

Da ein 3D-Drucker nicht direkt ein komplexes 3D-Netz in ein physisches Modell umsetzen kann, muss das 3D-Modell in eine für den Drucker verständliche Form gebracht werden. Dieser Prozess wird als „Slicing“ bezeichnet, weil dabei das Modell in einzelne Schichten zerlegt wird. Der Drucker erhält Anweisungen, wie der Druckkopf für jede Schicht positioniert und bewegt werden muss. Dies geschieht mit einem sogenannten Slicer, einer Software, die diese Aufgabe übernimmt, wie beispielsweise CraftWare oder Astroprint.

Der Slicer kümmert sich auch um das „Füllen“ des Modells und erzeugt eine Gitterstruktur innerhalb des Volumens, um es stabiler zu machen. Hier liegt eine der Stärken des 3D-Drucks: Er kann sehr robuste und dennoch leichte Strukturen erzeugen, indem er gezielt Hohlräume im Inneren des Modells einfügt.

Eine weitere Funktion des Slicers ist die Erzeugung von Stützstrukturen. Da der Drucker nicht in der Lage ist, Kunststoff in der Luft zu „schweben“ zu lassen, sind diese Stützen erforderlich, um Bereiche zu überbrücken, die sonst zusammenfallen würden. Die Stützen werden nach dem Druck entfernt, sind aber für den Aufbau des Modells unerlässlich.

Sobald der Slicer seine Arbeit erledigt hat, werden die Daten an den 3D-Drucker gesendet, um den Druckvorgang zu starten.

Geduld ist gefragt

Wenn der Druckvorgang beginnt, tritt ein Problem des 3D-Drucks deutlich hervor: die langsame Geschwindigkeit. Während ein herkömmlicher 2D-Drucker ein ganzes Buch in wenigen Minuten drucken kann, dauert der 3D-Druck der meisten Objekte Stunden oder sogar Tage. Eine falsche Einstellung, eine fehlerhafte Slicer-Konfiguration oder auch nur eine kleine Störung können den gesamten Druck zunichtemachen.

Es gibt neuere, schnellere Technologien, wie die Carbon M1, die mithilfe von Lasern in einem Flüssigkeitsbett arbeiten und den Druck daraus herausziehen, was den Prozess erheblich beschleunigt. Allerdings sind diese Geräte weitaus komplexer, teurer und bisher nur für die Verarbeitung von Kunststoffen geeignet.

Sollte man sich einen 3D-Drucker zulegen?

Wenn Sie kein Interesse an der Gestaltung und dem Druck von Objekten haben, wird Ihr herkömmlicher 2D-Drucker vorerst nicht ersetzt.

Die meisten 3D-Drucker für Endverbraucher drucken aus Kunststoff. Es gibt jedoch auch spezielle (und teure) Geräte, die nahezu jedes Material verarbeiten können. Es existiert sogar ein 3D-Drucker, der künstliches Fleisch drucken kann. Die Technologie entwickelt sich rasant und hat erhebliche Auswirkungen auf viele Branchen. Zukünftig wird es wohl möglich sein, Gourmetgerichte mit einem essbaren Lebensmitteldrucker zu erzeugen, aber bis dahin bleibt der 3D-Druck ein Hobby und ein Werkzeug für die Industrie.

Da die Preise jedoch stetig sinken, kann der 3D-Druck ein interessantes Hobby sein – insbesondere wenn Sie gerne basteln oder kleine Plastikmodelle verwenden.

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