Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Mit einem sogenannten 3D-Drucker lassen sich beliebige Objekte einfach ausdrucken. Der Kreativität sind dabei (fast) keine Grenzen gesetzt. Doch was ist ein 3D-Drucker und wie funktionieren 3D-Drucker eigentlich? Wir liefern Ihnen mit diesem Beitrag einen kurzen Überblick über die 3D-Drucker Funktionsweise.

Was ist ein 3D-Drucker?

Heute schon gedruckt? – So oder so ähnlich könnte in Zukunft die Frage des Nachbarn sein, wenn es um den Einsatz eines 3D-Drucker im Haushalt geht. Ganz so weit sind wir bisher aber noch nicht. Dennoch werden 3D-Drucker in der Gesellschaft immer beliebter und findige Bastler fangen an die Geräte im Hobby-Bereich zu nutzen, welche die Industrie bereits seit Jahren erfolgreich im Prototyping und bei der Produktion von Kleinserien nutzt.

Was ist ein 3D-Drucker?

Interessierte Bastler ohne Vorkenntnisse ist das Thema 3D-Druck zunächst einmal nicht so einfach zu durchblicken. Denn, 3D-Druck nicht nicht gleich 3D-Druck: Ein 3D-Druck kann durch viele unterschiedliche Verfahren hergestellt worden sein. Darüber hinaus wird jedes Fertigungsverfahren durch bestimmte, verwendete Materialien und Methoden charakterisiert. Eins ist jedoch klar, alle 3D-Druck Verfahren schaffen dabei ein dreidimensionales Objekt indem sie Material über viele Schichten hinweg auftragen und so das dreidimensionale Objekt Step-by-Step aufbauen. Dieses Fertigungsprinzip wird additive Fertigung genannt.

Die Frage „Was ist ein 3D-Drucker“ lässt sich somit einfach beantworten: Ein 3D-Drucker ist um Grunde zunächst einmal ein Gerät welches aus einem Computermodell ein physikalisches Objekt zum anfassen erstellt. Dabei spielt es zunächst einmal keine Rolle auf welche Art und Weise der 3D-Drucker das dreidimensionale Objekt erstellt hat.

Unterschiedliche Fertigungsverfahren – Was ist ein 3D-Drucker?

Mit der Frage „Was ist ein 3D-Drucker?“ lässt sich auch direkt erklären zwischen welchen Fertigungsverfahren beim 3D-Druck unterschieden wird sodass wird mit diesem relativ undurchdringlichen Dschungel an unterschiedlichen Geräten mal aufräumen können. Weitere Informationen erhalten Sie zu den Fertigungsverfahren auch auf der Startseite auf der wir klären, was Sie beachten sollen, wenn Sie einen 3D-Drucker kaufen möchten.

FDM-Verfahren – Fused Deposition Modeling

Wanhao Duplicator i3 3D-Drucker DruckDas bekannteste Verfahren im 3D-Druck ist das FDM-Verfahren. Dieses wird von nahezu allen Hobby-Geräten verwendet, da es sehr einfach in der Handhabung ist und die Gerät mit einfachen Mitteln gebaut werden können. Das sog. „Schmelzschicht“-Verfahren ähnelt dabei der Funktionsweise einen normalen Tintenstrahldruckers. Dieser bewegt sich auf dem Papier in zwei Richtungen (X-Y-Richtung). Der einzige Unterschied in der Bewegung beim 3D-Drucker im Vergleich zum Tintenstrahldrucker ist nun, dass sich der Druckkopf (Extruder) nun auch noch in eine dritte Richtung (Z) bewegt, also in die Höhe.

Bei der Bewegung in alle Raumrichtungen (X-Y-Z-Richtung) baut der Drucker schichtweise das dreidimensionale Objekt auf. Dabei wird eine Ebene in X-Y gedruckt und der Extruder um die Schichthöhe hochgefahren. Danach folgt der Druckt der folgenden Eben. Dieses Spiel wiederholt sich nun so lange bis das dreidimensionale Objekt fertig gedruckt ist.

Steckt Ihnen die „Was ist ein 3D-Drucker?“-Frage noch im Kopf? Nein? – Dann weiter zum nächsten Verfahren.

SLA – Stereolithografie

SLA-DruckNeben dem FDM-Verfahren ist noch ein weiteres Verfahren im Hobby-Bereich vertreten – das SLA-Verfahren. Bei der Stereolithografie (SLA) wird das dreidimensional Objekt durch Aushärtung einer UV-empfindlichen Flüssigkeit (Resin) erzeugt. Auch bei diesem Verfahren wird das dreidimensionale Objekt Schicht für Schicht aufgebaut bzw. die UV-empfindliche Flüssigkeit Schicht für Schicht ausgehärtet.

Zur Aushärtung der UV-empfindlichen Flüssigkeit wird in den meisten Fällen im Hobby-Bereich ein DLP-Beamer verwendet, welcher von unten durch die UV-empfindliche Flüssigkeit strahlt und das Resin im Fokuspunkt aushärtet.

SLS – Selektives Lasersintern

PulverDas letzte gebräuchliche Druckverfahren ist das SLS-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird anders als beim FDM-Verfahren das Filament nicht in Fadenform sondern in Pulverform verarbeitet. Das Pulver wird dabei Schicht für Schicht auf eine Bauplattform aufgetragen und mit Hilfe eines starken Lasers beschossen und an den Stellen verschmolzen, an deinen das dreidimensionale Objekt entstehen soll.

Das SLS-Verfahren sind jedoch derzeit noch keine Anwendung im Hobby-Bereich. Das hat mehrere Gründe. Zum einen ist die SLS-Technik noch nicht gant so alt wie die FDM-Technik. Dies hat zur Folge das wichtige Patente die Entwicklung von Hobby-Lösungen blockieren. Darüber hinaus ist ein SLS-Drucker von der Technik sehr viel aufwendiger als ein FDM-Drucker. Ein SLS-Drucker benötigt einen geeigneten Laser und ein relativ kompliziertes Linsensystem um den Laserstrahl im Raum umzulenken. Zum anderen ist aber auch das Gefährdungspotenzial deutlich höher als im Vergleich zum FDM-Drucker.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Nachdem wir nun als die Frage „Was ist ein 3D-Drucker?“ geklärt haben, widmen wir uns der Frage „Wie funktioniert ein 3D-Drucker?“. Diese Frage möchten wir anhand eines 3D-Druckers im FDM-Verfahren beantworten.

Von der Idee zum Modell – Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Bevor der 3D-Drucker überhaupt etwas drucken kann, muss zunächst ein Modell vorhanden sein, welches der 3D-Drucker drucken soll. Dieses wird am einfachsten durch eine Software in einem CAD-Programm erstellt. Je nachdem welches dreidimensionale Objekt man drucken möchte, kann man auch auf die verschiedenen Druck-Datenbanken im Internet zurückgreifen. Einer der bekanntesten Datenbanken für 3D-Drucker Vorlagen ist Thingiverse. Eine einfache Suche liefert in den meisten Fällen (je nachdem was man haben möchte) eine kostenlose CAD-Datei, welche nach dem slicen sofort an den 3D-Drucker gesendet und gedruckt werden kann.

Vom G-Code zum dreidimensionalen Objekt – Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Wenn das Modell vorhanden und durch den Slicer geschickt worden ist, erhält der 3D-Drucker einen fertigen Maschinencode, den G-Code und kann damit dann alle für das Objekt relevanten Positionen anfahren und das Objekt drucken. Der G-Code enthält somit neben den Positionen des Druckkopfes auch Informationen über Temperatur des Extruders und Vorschub des Filamentes.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker? – Heiße Düse oder was?

ExtruderDie heiße Düse ist das Herzstück des 3D-Druckers. Mit der heißen Düse wird das Filament, welches vom Extrudermotor in die Düse geschoben wird aufgeschmolzen und fließt so aus der Düse heraus. In Kombination mit der Bewegung des Druckkopfes, fährt die Düse somit die geforderte Geometrie ab und druckt überall dort Filament hin wo das Objekt Material benötigt.

Der Prozess wird so lange fortgesetzt bis jede Schicht gedruckt worden ist, dann ist der Druck abgeschlossen und das dreidimensionale Objekt kann entnommen werden. Mit der Entnahme des dreidimensionalen Objektes ist die Frage „Wie funktioniert ein 3D-Drucker?“ auch schon erklärt. Wir hoffen das Ihnen dieser Beitrag gefallen hat.