Kunststoff, Kunstharz oder Pulver: So funktionieren 3D-Drucker

Ob Nudeln, Schuhe oder Spielfiguren wie die aus Star Wars: Mittels 3D Druck lässt sich fast alles drucken.

Ob Nudeln, Schuhe oder Star Wars Spielfiguren: Mittels 3D Druck lässt sich fast alles drucken. Foto: Flughafen / Flickr CC 

Von Lebensmitteln über Kleidung bis zu Spielfiguren: 3D-Drucker scheinen nahezu alles drucken zu können. Mittlerweile lassen immer mehr Leute individuelle 3D-Porträts oder – Objekte für sich anfertigen oder verschenken sie an Freunde und Familie. Aber wie schaffen diese Wundermaschinen das eigentlich? Was sind FDM, SLS oder SLA und welches Material wird verwendet? Ideas Visions Future klärt auf und gibt euch einen Überblick.

Klassisches Verfahren: Offset-Druck

Bisher wurden Druckerzeugnisse in klassischen Verfahren hergestellt wie etwa dem Offset-Druck. Wie das funktioniert, zeigt zum Beispiel die Onlinedruckerei CEWE-PRINT.de, die Druckerzeugnisse in unterschiedlichen Formaten und Papierarten vor allem für Geschäftskunden produzieren. So können zum Beispiel Aufkleber, Flyer, Folder, Plakate, Poster oder sogar Klatschpappen für Events gedruckt werden. Auch Bücher, Vereinszeitungen Postkarten oder Kalender können so entstehen.

Beim Offset-Druck-Verfahren handelt es sich um ein Flachdruckverfahren, bei dem die Druckerplatte mit dem Druckträger nicht in Berührung kommt. Die Farbe wird zuerst auf einem Gummizylinder und dann auf den zu bedruckenden Stoff übertragen. So wird die Druckplatte geschont und es kann eine breite Palette von Bedruckstoffen bedruckt werden.

Aber wie funktioniert das genau? Ganz ähnlich wie bei den Flüssigkeiten Wasser und Öl, die sich gegenseitig abstoßen. Zunächst wird die Druckerplatte von einer Feuchtwalze befeuchtet und anschließend von einer Farbwalze mit Farben versehen. Die Bereiche, die mit dem Wasser in Berührung gekommen sind, bleiben farbenfrei. Auf dem Papier oder Stoff sind diese Stellen dann weiß. Die Bereiche hingegen, die nicht mit dem Wasser in Berührung gekommen sind, nehmen die Farbe dagegen auf und werden eingefärbt.

Doch beim Offset- und ähnlichen Verfahren bleibt alles nur zwei dimensional. Wer in andere Dimensionen vordringen möchte, kommt an dem neuen Verfahren, dem 3D-Druck, nicht vorbei, der derzeit in aller Munde ist.

Neues Verfahren: Was ist 3D-Druck?  

3D-Druck ist nicht gleich 3D-Druck. Vielmehr ist es ein Sammelbegriff für Fertigungstechniken, die nach unterschiedlichen Methoden funktionieren und sich jeweils nur für spezielle Materialien eignen. Was aber alle gemeinsam haben: Alle Verfahren erstellen dreidimensionale Objekte, indem sie Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen. In Fachkreisen wird das „additive Fertigung“ genannt.

Heiße Düse 

Der Rohstoff beim FDM Verfahren Fused Depositen Modeling (FDM) ist Plastik.

Ohne Kunststoff geht beim „Fused Deposition Modeling“ (FDM) Verfahren gar nichts. Foto: Creative Tools / Flickr CC 

Das erste Verfahren ist das „Fused Deposition Modeling“ (FDM). Dabei wird das  Rohmaterial durch eine heiße Düse gepresst und geschmolzen. Das Ergebnis ist ein dünner und weicher Faden. Mit diesem Faden zeichnet der Druckkopf so lange eine Sicht des gewünschten Objekts bis die Schicht vollendet ist. Ist die Schicht fertig und das Material erstarrt, rückt der Kopf um eine Schichtdicke vom Objekt ab und zeichnet die nächste Lage.

Für dieses Verfahren werden vor allem Materialien verwendet, die beim Erhitzen weich und formbar sind. Dazu gehören spezielle Kunststoffe (ABS oder PLA), aber auch Modellierwachs und sogar Schokolade.

Am beliebtesten ist Plastikdraht (Filament), der 1,75 oder 3,0 Millimeter dick ist. Da dieser Draht – ähnlich wie bei einer Heißklebepistole – im festen Zustand in die Düse gepresst wird, sprechen manche Händler auch von „Fused Filament Fabrication“ (FFF).

Handelt es sich bei den 3D-Kunstwerk um ein aufwendiges oder großes Objekt, sind oftmals kleine Materialüberschüsse sichtbar. Verantwortlich dafür ist der Plastikdraht. Da dieser sich nicht sofort an der Luft erhärtet, müssen größere Überhänge und flache Vorsprünge während des Drucks abgestützt werden. So werden zur Stabilisierung an den entsprechenden Stellen geeignete Gitterstrukturen vom 3D-Drucker eingebaut, die man hinterher von Hand abbrechen, abknipsen oder wegschleifen muss. Manche Stützmaterialien sind sogar wasserlöslich. Ein einfaches Bad reicht meistens aus, um alle unliebsamen Materialreste zu entfernen.

Pulver 

SLS, Pulver, 3D-Druck

Vorsicht ist beim „Selektive Laser Sintering“ Verfahren – kurz SLS – geboten, denn das Grundmaterial ist feinkörniges Pulver. Foto: Creative Tools / Flickr CC

Ganz ohne Stützmaterial kommt das „Selective Laser Sintering“ (SLS) Verfahren aus, denn das Rohmaterial ist nicht fest, sondern liegt in Pulverform vor. Dabei bildet das Pulver die Grundlage für jede einzelne Schicht des Objekts. Anschließend geht der Druckknopf darüber und verfestigt das Pulver je nach Form des gewünschten Objekts. Werden Kunststoffe oder Metalle verarbeitet, verschmilzt oder sintiert ein Laser die einzelnen Körnchen punktgenau. Möchte man ein farbiges Ergebnis erzielen, wird eine spezielle Zusammensetzung aus Farbe und Bindemittel in die Pulverschicht gespritzt, welche dann mit den Körnchen verklebt. Ist das gewünschte Objekt fertig, wird überschüssiges Pulver einfach weggebürstet.

Und woran erkennt man Pulverdrucke? Ganz einfach: Sie besitzen oftmals eine raue Oberfläche – ähnlich wie feines Sandpapier. Besonders robuste, elastische oder filigrane Objekte werden mittels dieses Verfahrens hergestellt.

Kunstharz und UV-Licht

Aus Kunstharz enstehen unter UV-Licht 3D-Druck-Objekte

Unter UV-Licht entstehen beim SLA aus Kunstharz 3D-Druck-Objekte. Foto: Creative Tools / Flickr CC

Das dritte und damit älteste 3D-Druckverfahren ist die „Stereolithographie“ (SLA). Dabei wird das Objekt weder gezeichnet noch gepresst – wie in den anderen Verfahren -, sondern entsteht in einem Becken, das mit flüssigem Kunstharz gefüllt ist. Um die einzelnen Schichten zu erzeugen, wird der Füllstand des Beckens bei jeder Schicht nur minimal erhöht. Unter UV-Licht härtet die Flüssigkeit schließlich punktuell aus. Danach zeichnet ein Laser im Druckknopf die gewünschten Formen aus.

Zu erkennen sind die Stereolithographien an den feinsten Details. Leider sind sie auch deutlich zerbrechlicher als die Pulverdrucke. Zudem altern manche Kunstharze und ändern mit der Zeit ihre Farbe.

Und was hältst Du von 3D-Objekten? Hast Du eine 3D-Figur einmal verschenkt oder druckst Du lieber auf Papier und Co.?

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