Wie funktioniert eigentlich ein 3D Drucker

Wie funktioniert eigentlich ein 3D Drucker

Das Prinzip

Es gibt mittlerweile unterschiedliche Arten von 3D Druckern. Ich möchte hier das Prinzip der FDM Drucker:

Fused Deposition Modeling (FDM; deutsch: Schmelzschichtung) --> Wikipedia

Die handelsüblichen 3D Drucker für zu Hause arbeiten nach diesem Verfahren. Filament rein - 3D Objekt raus.

Filament?

Da Filament ist im Normalfall ein Material dass bei hoher Temperatur flüssig wird und beim Abkühlen wieder fest.

  • PLA - Polymilchsäuren ist wie der Name schon sagt Biologischen Urspungs -> Wikipedia
    Es wird gerne genommen, da die Verarbeitung sehr einfach ist.
  • ABS - Ist ein Plastik aus dem z.B. auch Legosteine sind -> Wikipedia
  • Verschiedenste Plastikarten TPU, PET, ... aber auch Gummiarten (Ninjaflex) können verwendet werden.
    Unterschiedlichste Farben und Zusatzstoffe lassen es in der Nacht leuchten, Je nach Temperatur anders aussehen, mit 50% Holzanteil, ...

Eigentlich kann jedes Material genommen werden, dass sich einfach (am besten zähflüssig) verarbeiten lässt und dann relativ schnell aushärtet oder so stabil wird, dass es eine weitere Schicht aushält.

Ungewöhnlichere Materialien:

  • PU-Schaum
  • Beton (Mit einigen Zusätzen)
  • Schokolade
  • Karamel
  • Schweißdraht (Braucht einen hohen Strom, wird schnell fest)

Druckvorgang

Gedruckt wird eine Schicht nach der anderen. Ein Druckkopf fährt dabei das Modell nach und spritzt Material auf eine Trägerplatte. Im Falle eines Handelsüblichen PLA Druckers wird oben das Filament mit einem Motor nachgeschoben, in der Mitte auf die richtige Temperatur erhitzt und dann durch eine Düse 0,25mm - 0,6mm direkt auf eine Tägerplatte (Glas, Metall, Filaband, ...) aufgebracht. Dabei befindet sich der Druckkopf nur wenige zehntel Millimeter entfernt.

Wenn eine Schicht fertig ist, dann entfernt sich der Druckkopf um einige Zehntel von der Trägerplatte (Entweder Druckkopf angehoben oder die Trägerplatte abgesenkt) und das ganze Spiel passiert von neuen.

Probleme

Würde ich mir nun vorstellen, der 3D Drucker sollte ein Haus drucken: Er würde natürlich mit der Bodenplatte anfangen, danach die Wände. Fenster und Türen würde er freilassen. Aber dann! Irgendwann muss er bei den Fenstern und Türen wieder gerade weiterdrucken. Viele 3D Drucken können bestimmte Abstände wieder schließen. Aber einfach in die Luft drucken, dass kann keiner. Oft passiert es dass er einige Schichten benötigt, bis es wieder richtig gerade wird, aber ein durchhängen gibt es. Bei der Decke sieht es wieder anders aus. Hier müsste er wirklich in die Luft drucken. Das geht nicht.
Aber! Man kann dem Programm sagen, dass es dünne Stützstrukturen mitdrucken soll. diese dienen dazu, dann der Drucker weite Strecken überspannen kann. Da sie nur aus einer Schicht bestehen, können sie später einfach entfernt werden.

Infill

Der Vorteil von 3D gedruckten Objekten ist, dass sie nicht massiv aus Material bestehen müssen. Je nach Anforderung an die Stabilität können sie auch einfach hohl sein. Da es dann wie gesagt schwer ist sie wieder zu zu machen und um die Stabilität zu erhöhen kann eine % Anzahl genommen werden, wie viel Material und in welchem Muster es in das Objekt gelegt werden soll. 10-20% für ein einfaches Objekt können ausreichend sein.

Vorteile

Wie gesagt, müssen Objekte nicht massiv gebaut werden. Dem 3D Drucker ist es auch egal, was er druckt. Er wird nicht schneller wenn man es 10x druckt. So kann jedes Objekt unterschiedlich sein. Drucken - anpassen - Drucken - anpassen -
Ein Gehäuse für ein Gerät? Plane es, drucke es, verbessere es.

Von der Idee bis zum 3D Druck

Zuerst brauchst du eine Idee, was du Drucken willst. Programme wie FreeCad oder Blender sind 3D Zeichenprogramme mit denen du das Objekt dann im dreidimensionalen Raum planen kannst.
Nun muss das Objekt in Schichten zerlegt werden und ein CNC Code für den Drucker erstellt werden.
Ich verwende dazu CURA, aber es gibt viele andere Programme. Aus diesem Programm kommt ein fertiger Code raus, dem du dem 3D Drucker per SD Karte oder Upload geben kannst. Und jetzt? Daumen drücken.

Was wurde bereits gedruckt?

  • Ein Schiffsrumpf (1:1) --> link
  • Ein Haus in Dubai --> link
  • Etliche andere Häuser
  • Ein Herz --> link
  • Tausende Baby Groots und andere Dinge aus Thingiverse und anderen Plattformen
  • 3D Drucker drucken 3D Drucker
  • uvm

Wie geht es weiter?

Wenn wir ein Herz drucken können, warum dann nicht eine Fuß oder einen Arm?
"Zukunft: Angebot in Krankenhaus - Wenn du Linkes und Rechtes Bein gleichzeitig tauscht, bekommst du noch eine rechte Hand dazu!"

Andere Drucktechnologien bieten immer mehr Geschwindigkeit und neue Ideen -> Drucken mit Frittierfett!

Die Zukunft kommt bestimmt. Wie kann keiner sagen!

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Ing. Roland Schuller

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