Wie funktioniert eigentlich ein 3D-Drucker?
Wir erklären Ihnen verständlich und einfach, wie eigentlich ein 3D-Drucker funktioniert!
(Bild: Shutterstock/Alex_Traksel)
- Jonas Mahlmann
3D-Drucker haben in den letzten Jahren immer mehr an Bekanntheit gewonnen. Mit ihnen lassen sich zum Beispiel kleine und größere Ersatzteile selbst zu Hause nachdrucken, ohne dass sie extra nachgekauft werden müssen. Aber auch in der Industrie kommen Profi-3D-Drucker zum Einsatz. Doch wie funktionieren die Geräte eigentlich? Mit der Zeit haben sich dabei drei Verfahren durchgesetzt, die wir Ihnen hier vorstellen.
- So funktioniert ein 3D-Drucker im Allgemeinen
- FĂĽr Privatanwender: Fused Deposition Modeling
- Industrielle Verfahren: Stereolithographie und Laser-Sintering
So funktioniert ein 3D-Drucker im Allgemeinen
Die Technik der 3D-Drucker wurde bereits in den 80er-Jahren entwickelt und seitdem besonders in der Industrie verwendet, zum Beispiel fĂĽr die Herstellung komplizierter Auto-Teile. In den letzten zehn Jahren wurde die Technik jedoch auch fĂĽr die private Nutzung zu Hause angepasst und dabei stetig verbessert. Nachdem die Drucker vor einigen Jahren noch einige hundert Euro gekostet haben, kann man einen eigenen Drucker heute bereits fĂĽr deutlich weniger Geld erhalten.
Grundsätzlich ähnelt die Funktionsweise eines 3D-Druckers der von normalen Druckern: Anstelle einer Text- oder Bilddatei wird vor dem Druck mit einer 3D-Software zunächst ein Modell erstellt. Dieses gibt dem Drucker später vor, wo er das Material anbringen bzw. aushärten soll. Anschließend wird das Modell an den Drucker gesendet, der mit dem 3D-Druck beginnt. Wie genau der Druck funktioniert und wie lange er dauert, hängt von der gewählten Technik und dem Material ab. Ein 3D-Druck im Privat-Bereich dauert aber oft mehrere Stunden, abhängig von der Größe des Modells. Wie 3D-Drucker für private Zwecke sowie für die Industrie funktionieren, erfahren Sie in den folgenden Abschnitten.
FĂĽr Privatanwender: Fused Deposition Modeling
Da die Drucker und Materialien beim Fused Deposition Modeling im Vergleich zu den anderen Methoden etwas günstiger sind, werden sie am häufigsten im privaten Umfeld verwendet. Bei dem Verfahren kommen Materialien zum Einsatz, die bei einer leichten Erhitzung flüssig werden und sich formen lassen. Das sind zum Beispiel Kunststoffe wie PET, aber auch Schokolade kann theoretisch dafür verwendet werden.
Das Material wird in einem Drucker-Kopf erhitzt und dann mit einer DrĂĽse in dĂĽnnen Schichten auf einer Platte aufgetragen. Das Modell wird schichtenweise von unten nach oben gedruckt. Der Drucker-Kopf kann sich dabei flexibel in jede Richtung bewegen, um an jeden Punkt im Druckbereich zu gelangen.
Da das Material einige Zeit zum Aushärten benötigt und eine neue Schicht erst aufgetragen werden kann, wenn die darunter zumindest etwas gehärtet ist, dauert der Druckprozess relativ lange. Außerdem müssen ggf. Stützkonstruktionen eingeplant werden, damit die Konstruktion nicht in sich zusammenfällt, solange sie noch nicht vollständig fest ist.
Industrielle Verfahren: Stereolithographie und Laser Sintering
Darüber hinaus gibt es weitere 3D-Druck-Methoden, die eher in der Industrie Anwendung finden. Theoretisch könnte man sie natürlich auch im Privaten nutzen, durch ihre Größe und Funktionsweise eignen sie sich aber eigentlich nur, wenn eine große Stückzahl der Modelle auf einmal gedruckt wird.
Die Stereolithographie ist das älteste 3D-Druck-Verfahren. Dabei wird ein Becken mit Kunstharz gefüllt, das unter UV-Strahlung aushärtet. Über dem Becken hängt ein Gerät, das gezielt UV-Strahlen aussenden kann. Im Becken ist zudem eine Plattform, die sich hoch- und runterbewegen kann. Zu Beginn des Druck-Prozesses ist die Plattform gerade so hoch, dass sie ganz leicht mit dem Harz bedeckt ist. Von oben werden dann so UV-Strahlen ausgesendet, dass das Kunstharz an bestimmten Stellen aushärtet. Ist eine Ebene fest, wird die Plattform ein wenig nach unten gefahren, das Kunstharz läuft über die ausgehärtete Schicht und die nächste Ebene wird mit den UV-Strahlen ausgehärtet. So wird das Modell Schicht für Schicht von unten nach oben gebildet. Dabei ist jede Schicht gerade einmal Bruchteile eines Millimeters dick. Großer Vorteil dieses Verfahren im Vergleich zu den anderen Methoden ist, dass die Kanten des Modells am Ende glatt und nicht rau sind.
Beim Laser-Sintering gibt es zwei Bereiche: Einerseits einen Behälter, in dem das Druckmaterial liegt. Das kann zum Beispiel ein pulverförmiger Kunststoff oder sogar Metall sein. Andererseits gibt es wieder eine Plattform, auf der das Modell gedruckt wird. Der Drucker nutzt zu Beginn eine Rolle, um Material aus dem ersten Behälter aufzunehmen und dünn auf der Plattform aufzutragen. Über der Plattform hängt ein Laser, der wie bei der Stereolithographie bestimmte Stellen des Materials aushärten kann. Anschließend fährt die Plattform dann etwas nach unten, die Rolle trägt neues Material auf und der Laser härtet erneut bestimmte Stellen des Materials aus. Vorteil des Laser-Sinterns ist, dass das Material sofort aushärtet und keine aufwendigen Stützkonstruktionen eingeplant werden müssen.
(joma)
