Große Haushaltshilfe- der 3D-Drucker

US5121329 A. Es ist keine beliebige Zahlenreihenfolge, die Nummer und Buchstaben bezeichnen  ein sehr wichtiges Patent, das im Jahr 2010 ausgelaufen ist und somit den Weg für 3D-Drucker in die Privathaushalte geebnet hat. Doch wie genau funktionieren sie eigentlich?

Die Idee für diesen Blog generell entstand in einer Kartellrechtsvorlesung in meinem universitären Schwerpunktbereich, als mein Lieblingsprofessor kurz geschildert hat, wie ein 3D-Drucker funktioniert. Seine Worte lauteten in  etwa so: Man nimmt etwas, das man drucken möchte, legt es in den 3D-Drucker rein und das Gerät druckt es aus…

So funktioniert ein 3D-Drucker aber leider nicht. Der Professor in meinem  ist ein unfassbarer Fachmann und ein wahnsinnig großes Vorbild für mich. Seine Schilderungen zeigten mir jedoch eins: obwohl gerade das Kartellrecht eines der aktuellsten Rechtsgebiete ist, eins in dem Mann beispiellos mit den aktuellsten Entwicklungen auskennen sollte (meiner Meinung nach), um die Urteile und Geschehnisse generell nachvollziehen und überhaupt juristisch richtig bewerten zu können, haben oft sogar die größten Fachmänner von der technischen Seite nicht ausreichend Kenntnisse (erneut meine Meinung).

Dieser Beitrag wird daher mit größtem Respekt und unendlicher Bewunderung meinem Professor gewidmet.

Kommen wir also zum Punkt: Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Für ein gedrucktes 3D-Modell bedarf es 6 Sachen: ein CAD-Programm, ein Slicer-Programm, qualitativ hochwertiges Filament sowie einen 3D-Drucker. Darüber hinaus eine Person, die die jeweiligen Programme bedienen kann, + eine Idee.

Zunächst einmal geht es darum sich zu überlegen, was man genau drucken möchte. Handelt es sich hierbei um einen Ersatzteil für etwas das kaputt gegangen ist, so muss das alte Teil genau, Millimeter für Millimeter ausgemessen werden. Dasselbe gilt auch, wenn der Gegenstand am Ende in etwas reinpassen oder einen anderen Gegenstand ergänzen soll( z.B: Gehäuse, Kunststoffersatzteile etc.) Ansonsten kann man aber auch die verschiedenste Modelle selbst erstellen, sowie bereits fertige Vorlagen herunterladen, z.B. hier. Hat man bereits alle Maßen, Eigenschaften etc. so kann  eine sog. CAD-Zeichnung erstellt werden. Hierbei handelt es sich um nichts anderes, als ein digitales 3D-Modell, mit allen Maßen und Einzelheiten, die bei dem zu druckenden Gegenstand erwünscht sind. Dabei muss man genau aufpassen, denn wenn der Grundbaustein bereits nicht stimmt, kann der 3D Drucker niemals das gewünschte Ergebnis liefern.

Zukünftig werden Einzelmessungen von 3D-Scanner ersetzt werden können, diese sind aber im Moment oft noch zu ungenau, so dass Nacharbeiten weiterhin nötig sind.

Sobald das digitale 3D Modell erstellt wurde, wird dieses mittels eines Slicer-Programmes( z.B: Slic3r, Simplify 3D, Cura) digital in kleinsten Schichten aufgeteilt. Wie als würde man einen Gegenstand Schicht für Schicht auflösen, teilt das Slicerprogramm das Modell in seine einzelnen Schichten auf, jeweils aber von der Mitte aus.  Im Anschluss rechnet das Programm je nach Ausführung noch die benötigte Menge an Filament aus sowie die Druckzeit. Außerdem ermittelt das Programm auch, wo ggf. stützen gedruckt werden müssen. Denn der Drucker druckt immer nur von oben nach unten, kann also nur bereits vorhandene Materie mit der neuen Schicht verbinden. In die Luft zu drucken funktioniert also nicht. Sobald alles ausgerechnet wurde, das Programm die zu druckende Datei an den Drucker geschickt hat und dieser seine Druckplatte (Bett) vorgeheizt hat, kann es auch bereits losgehen.

Apropo Filament: hierbei handelt es sich um eine – je nach Lieferumfang- riesengroße Rolle an Kunststoffspagetti. Kunststoff und nicht Plastik deswegen, da generell mehrere Arten von Kunstoffe existieren. Die gängigsten Filamente bestehen aus PLA, PTEG oder ABS, letzterer stinkt allerdings fürchterlich und ist ziemlich hitzeanfällig,  es gibt aber auch diverse andere Filament- Mischungen, bei den Farbvarianten sind kaum Grenzen gesetzt. So kann man sowohl bewegliche Gegenstände in pink als auch starre Ersatzteile für Haushaltsgeräte in reinweiß drucken.  Wichtig ist bei PLA und PTEG, dass diese luftdicht abgepackt gelagert werden sollten, da vor allem PLA sich bei Luftfeuchtigkeit in seiner Konsistenz verändern würde. Deshalb werden die og Filamentrollen bereits vakuumwert verkauft.

Wie lange die Druckzeit tatsächlich beträgt, hängt von der Größe, Komplexität und Genauigkeit des Gegenstandes ab. Man hat zwar am Anfang genau die Maße berechnet und dementsprechend seine CAD-Zeichnung erstellt, doch der Drucker kann und wird in den meisten fällen etwas hiervon abweichen.

Man kann dem entgegenwirken, in dem man verschiedene Werte des Druckers (zB.: Infill für die Füllmenge an Filament) hochsetzt, doch je nach Qualität des Druckers wird man einige Fehler nicht vermeiden können. So ist bereits ausschlaggebend, was für ein Slicer-Programm verwendet wurde, welches Filament, bei welcher Temperatur verwendet wird etc. Insgesamt spielen sehr viele Faktoren kumulativ eine Rolle, so dass man erstmal etwas Zeit braucht, bis man sich mit seinem 3D- Drucker verständigen  kann und zusammen arbeiten kann.

Zum Vergleich: Wie ein normaler Tintenstrahldrucker funktioniert, werden die meisten wissen. Eine kleine Düse fährt von links nach rechts, das Papier wird immer weiter nach vorne gerückt.
Ein 3-Drucker funktioniert nach dem selben Prinzip, nur dass die Düse sich in 6 Richtung, entlang der 3 Achsen bewegen und somit Punkt für Punkt, Schicht für Schicht das Modell von unten nach oben aufbauen kann.

Auf dem Bild hier wurde ein Cupcake-Halter aus weißem PLA-Filament gedruckt, die nach oben rausragende Stützen sind eigentlich Beine. Hätte man allerdings den Halter um 180 Grad gedreht und genau anders herum gedruckt, so hätte der Drucker stützen für den „Cupcake-Halter“ selbst drucken müssen, da er ja sonst mit den Beinchen angefangen hätte. Wie oben bereits erwähnt, in die Luft zu drucken funktioniert nicht.

3D-Druck wird zukünftig nicht mehr wegzudenken sein, kann  jedoch nicht alle bereits bekannten Herstellungsformen ersetzen. Dies liegt an den technischen Gegebenheiten, u.a. kein in-die-Luft-Drucken möglich-, so dass weitere  Verbesserungen der aktuellen Technik weiterhin erforderlich sind.

Für die Zurverfügungstellung der Bilder & Informationen vielen Dank an Björn André.

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