Von Prototypen über Organe bis hin zu ganzen Häusern – das Potenzial von 3D-Druckern ist riesig und hat ganze Branchen revolutioniert. Die Bandbreite verwendbarer Materialien wird immer größer: Kunststoffe, Metalle, Ton, Papier, Beton, Schokolade und sogar Zellen lassen sich drucken.

Mittlerweile gibt es 3D-Drucker sogar für den Hausgebrauch, dabei ist die Technologie dahinter gar nicht so neu, wie viele denken. Die Geschichte des 3D-Drucks begann tatsächlich schon in den 1980er Jahren mit den ersten Versuchen einer schichtweisen Herstellung von Prototypen. Seitdem entwickelt sich das Verfahren ständig weiter und die Möglichkeiten sind noch lange nicht ausgeschöpft.

Auch bei eXXcellent solutions steht seit kurzem ein 3D-Drucker im ScienceLab. Ein erstes Projekt mit unserem 3D-Drucker ist ein detailreiches Bonsai-Pflanztöpfchen. Hier findest du unsere Schritt-für-Schritt-Anleitung und Tipps für den 3D-Druck.

© eXXcellent solutions: Zeitraffer des 3D-Drucks eines Bonsai Blumentopfs

Schritt-für-Schritt zum 3D-Druck-Bonsai-Töpfchen

1. Modell aussuchen

Wie Konfuzius schon sagte: "Am Anfang jeder Tat steht eine Idee." Auf Portalen, wie Thingiverse oder Cults 3D, kannst du dir ein Modell aussuchen, das du drucken möchtest. Achte bei der Auswahl auf die Gegebenheiten deines 3D-Druckers:

FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling) erstellen das Objekt, indem sie durch eine Düse ein Thermoplast in Linien aufbringen. Hierdurch ergibt sich schon der größte Nachteil – sehr kleine Details sind oftmals nicht darstellbar. Vorteilhaft hingegen sind insbesondere die einfache Handhabung und eine große Auswahl verschiedener FDM-Drucker aller möglicher Hersteller in unterschiedlichen Preisabstufungen. Im eXXcellent solutions ScienceLab steht ein Prusa i3 MK3S.

SLA-Drucker (Stereolithografie) arbeiten mithilfe von flüssigen (meist UV-aushärtenden) Ausgangsmaterialien. Das sogenannte Resin wird horizontal schichtweise über Laser oder Displays belichtet und dadurch ausgehärtet. Hierbei sind die einzelnen Schichten extrem dünn, wodurch eine, durch FDM unerreichbare, Detailgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit erreicht wird. Insgesamt sind die Drucker jedoch noch recht teuer.

© Thingiverse: Skalierung und Position im PrusaSlicer anpassen; Quelle: https://www.thingiverse.com/thing:430957 (23.02.2022)

2. Modell im Slicer öffnen

Bevor der 3D Drucker loslegen kann, müssen wir das Modell noch in ein für ihn verständliches Format bringen. Hierfür wird ein „Slicer“ verwendet. Dieser zerschneidet das Modell in einzelne Schichten und erstellt Pfade für den 3D-Drucker, die dieser dann nur noch abfahren muss. Manche Hersteller bieten passend zu ihren 3D-Druckern hauseigene Slicer an.

3. Größe/Skalierung und Position anpassen

Als nächstes ist es wichtig, sich Gedanken über die Größe und Platzierung des erzeugten Objektes auf der Druckplatte zu machen. Meist kann man die Maße des Objekts frei wählen. Mit den Abmessungen ist auch die Position auf der Platte definiert – manche Modelle passen ab einer bestimmten Größe nur in gedrehter Position auf die Build-Plate.

© eXXcellent solutions: Skalierung und Position im PrusaSlicer anpassen

4. Druckeinstellungen anpassen

Alle Drucker bieten verschiedene Qualitätsstufen, die sich hauptsächlich anhand der Schichthöhe und Druckgeschwindigkeit unterscheiden. Hierbei muss man stets abwägen, denn jeder Geschwindigkeitsschub geht mit einem Qualitätsverlust einher. Je nach Komplexität des Modells sind aber extreme Druckzeitunterschiede bei faktisch unveränderter Qualität möglich. Wichtige Kriterien zur Abwägung der einzelnen Qualitätseinstellungen sind:

• Schichthöhe (z.B. 0.20mm): Enthält das Modell einen hohen Detailgrad in vertikaler Richtung, so gilt: Je niedriger die Schichthöhe, desto besser die Auflösung.
• Geschwindigkeit: Ein hoher Detailgrad in horizontaler Richtung (wie beispielsweise auch Ecken) ist nur durch langsame Geschwindigkeiten des Druckkopfes möglich.

Unser Bonsai-Topf hat sehr fließende Strukturen und keine Ecken – entsprechend unproblematisch sind auch höhere Geschwindigkeiten.

5. Slicen

Nun müssen wir noch auf „Jetzt slicen“ klicken und nach wenigen Sekunden erscheint das Modell in der Slice-Ansicht. Im linken oberen Teil des Fensters erhält man genaue Informationen über die erzeugten Pfadtypen und den geplanten Zeithorizont. Insbesondere die Zeitangaben sind sehr ungenau – je nach Einstellungen am Drucker können zwischen der geschätzten und tatsächlichen Druckzeit große Abweichungen liegen.

© eXXcellent solutions: Genauere Information über Pfade und Zeithorizont im PrusaSlicer

6. Druck

Vor dem Start des Druckes sollte unbedingt noch das Druckbett mit Isopropanol von Kunststoffresten etwaiger vorheriger Drucke befreit werden. Dadurch wird eine optimale Haftung der ersten Druckschicht gewährleistet – die meisten Drucke schlagen fehl, weil die erste Schicht nicht optimal haftet oder nicht perfekt eingestellt ist.

Ab hier läuft alles automatisch und nach nicht ganz 3 Stunden halten wir unser fertiges Bonsai-Töpfchen in der Hand.

© eXXcellent solutions: Unser 3D gedruckter Bonsai-Blumentopf

Weitere Informationen

Über die Autoren:

Burkhard Hoppenstedt war bis September 2022 Portfolio Manager für IoT und Data Scientist bei der eXXcellent solutions gmbh in Ulm und entwickelte Lösungen im Bereich IoT/Smart City. LinkedIn-Profil Burkhard Hoppenstedt