In der FDM Technik (Fused Deposition Modelling) des 3D-Drucks könnt ihr zahlreiche verschiedene Materialien verwenden. In der Regel nutzt man jedoch Kunststoffe, wobei sich allerdings die Frage stellt, welches Material für das zu druckende Objekt ideal wäre. Meist wird eines der beiden marktbeherrschenden Materialien – PLA oder ABS – verwendet. Worin aber liegt ihr Unterschied? Eine Frage, der wir etwas näher auf den Grund gehen wollen.

Definition PLA und ABS

Für den Vergleich der beiden Materialien wird jeweils von Standard PLA bzw. Standard ABS ausgegangen. Es gibt einige Abwandlungen, die hier allerdings nicht berücksichtigt werden sollen. Falls ihr gerade erst mit dem 3D Druck beginnt, ist PLA oft die bessere Wahl. Es lässt sich im Vergleich meist einfach verarbeiten, sodass bei ersten Druckversuchen keine großen Probleme zu erwarten sind.

ABS ist da bereits etwas anspruchsvoller und neigt u. a. beispielsweise zum sogenannten „Warp-Effekt“, bei dem die einzelnen Druckschichten unterschiedlich schnell abkühlen und es zu Spannungen innerhalb des Objektes kommen kann. Diese erkennt man später oft an einer leichten Wölbung des Drucks.

Was ist PLA?

PLA ist die Abkürzung für den biologisch abbaubaren Kunststoff Polyactid. Er wird aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und gehört zur Gruppe der Polyester. Typische PLA-Erzeugnisse sind überall anzutreffen. Dazu gehören neben diversen Bechern auch Schalen, Dosen sowie Folien oder andere Verpackungen.

Was ist ABS?

Die Bezeichnung ABS steht beim 3D-Druck für Acrylnitil-Butadien-Styrol. Dieser amorphe Thermoplast zeichnet sich insbesondere durch seine Robustheit aus. Er verfügt sowohl über eine gute Kratzfestigkeit wie auch eine gute Medienbeständigkeit. Dadurch ist er vor allem für die Erzeugung festerer Gegenstände geeignet. In der Regel gibt es ABS in den Farben Gelb, Grün, Blau, Rot, Weiß und Schwarz sowie in durchsichtiger Form. Ein typisches Beispiel für seine Anwendung sind unter anderem die zahlreichen Lego-Steine in den Kinderzimmern weltweit.

PLA oder ABS?

Die grundlegenden Eigenschaften zeigen bereits, welches Material wann geeigneter ist. Dennoch ist es sinnvoll, die Auswahl in Ruhe zu treffen. Für die Benutzung von PLA-Filamenten muss die Düsentemperatur beispielsweise nur bei etwa 180 – 210°C liegen, ein Heizbett ist nicht zwingend erforderlich. ABS verlangt dagegen eine Temperatur von 215 – 250°C und zusätzlich eine Heizbetttemperatur von 100 – 125°C, um eine optimale Verarbeitung sicherzustellen. Die Wahl des richtigen Filaments hängt zu einem gewissen Grad also auch von den umsetzbaren Düsentemperaturen ab. Steht zudem im Vorfeld des Drucks bereits fest, dass das Ergebnis ggf. noch einmal bearbeitet werden muss (durch Fräsen, Bohren o. ä.), ist ABS oft besser geeignet. Es ist im Vergleich einfach fester und kann so einfacher nachbearbeitet werden.

Wann sollte ein ABS-Filament verwendet werden?

• ABS ist hitzebeständiger als PLA und beginnt erst bei etwa 100°C sich zu verformen.
• ABS hat einen geringeren Reibungskoeffizienten als PLA und ist damit leichter zu extrudieren.
• ABS ist die Urform des Filaments und wurde bereits in den Anfängen des 3D-Drucks verwendet.
• Die mit ABS gedruckten Teile sind weniger spröde und weisen eine leichte Biegung auf.
• ABS erzeugt beim Druck eine glänzendere Oberfläche als PLA.
• Wann sollte PLA verwendet werden?

Mit PLA gedruckte Objekte sind starrer als Drucke aus ABS.

• PLA erzeugt beim Drucken kaum Geruch. Sollte es dennoch riechen, dann angenehm süßlich aufgrund des biologisch abbaubaren Materials.
• Drucke aus PLA haben eine leicht glänzende Oberfläche.
• PLA ist während des Drucks weniger anfällig für Verformungen.

In den Anfängen der Technik war die Begeisterung und Faszination für den 3D-Druck noch enorm. Immer neue Anwendungsmöglichkeiten wurden gefunden und in der Medizin beispielsweise auch deutliche Fortschritte gemacht. Doch während es an der einen Stelle auf Flexibilität ankommt, sind in anderen Bereich Festigkeit und Robustheit gefragt. Mit den Standard-Filamenten lässt sich dies nur bis zu einem gewissen Grad erreichen, da noch immer Kunststoff als Druckmaterial verwendet wird.

Ein 3D-Druck mit Metall oder auch Aluminium wäre hier eine gute Alternative, besonders wenn im Ergebnis ein funktionsfähiges Bauteil entsteht. Tatsächlich gibt es bereits 3D-Drucker, die genau das leisten und auf ein feines Metallpulver als Druckmaterial setzen.

Das Pulver wird in einem mit Stickstoff gefüllten Raum vorgewärmt und anschließend mit Hilfe von genau ausgerichteten Laserschüssen bearbeitet. So gesehen wird hier nicht Schicht um Schicht aufgetragen, sondern es werden verschiedene Schichten, die ohnehin bereits aufeinanderliegen, mit Laserschüssen gezielt miteinander verbunden.

Welche Metalle eignen sich für den 3D-Druck

Es wurden bereits verschiedene Metalle im Druck ausprobiert. Im Ergebnis können alle gängigen NE-Metalle sowie Stahl für den Druck verwendet werden. Außerdem sind folgende Materialien geeignet:

• Gold
• Silber
• Titan
• Nickel
• Kupfer
• Messing

und zahlreiche Weitere.

Die Metalle lassen sich sogar so gut verarbeiten, dass selbst sehr komplexe und filigrane Drucke kein Problem mehr sind. Die sogenannten SLS- oder auch DMLS-Verfahren sind daher schon jetzt eine echte Alternative, da sich insbesondere die filigranen und komplexen Modelle auf herkömmlichen Weg oft nur sehr umständlich erzeugen lassen. Gleichzeitig ermöglicht das deutlich filigranere Arbeiten auch das Einsparen von Gewicht. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrt beobachtet man die Entwicklungen daher mit großem Interesse.

Vorstellung einiger 3D-Druckverfahren mit Metall

Es gibt bereits eine ganze Reihe verschiedener Druckverfahren, in denen Metall als Druckmaterial verwendet wird. In der Vorarbeit wird hier wie bei jedem anderen Material eine umfassende Vorlage entwickelt, anhand derer anschließend der eigentliche Druck erfolgt. Im Folgenden haben wir einmal einige der möglichen Verfahren herausgesucht.

Selektives Lasersinter/ Direct Metal Laser Sintering

SLS und DMLS sind die beiden gängigsten Verfahren im 3D-Druck mit Metall. Beide Begriffe bezeichnen eigentlich den gleichen Prozess, wobei SLS mehr das grundlegende Prinzip meint.

Für den Druck wird das gewünschte metallische Pulver in die Anlage gegeben. Danach werden die in der Vorlage vorgegebenen Stellen strenggenau erhitzt und das Pulver so miteinander verbunden. Es wird jedoch immer nur so viel Energie aufgewendet, dass eine Schicht bearbeitet wird.

SLM (Selektives Laserschmelzen)

Das SLM Verfahren ist dem des SLS ähnlich. Allerdings wird hier nicht in einzelnen Schichten gearbeitet. Stattdessen werden direkt alle gewünschten Schichten miteinander verschmolzen.

Laser-Auftragsschweißen

Hier wird ebenfalls nur die oberste Schicht mit einem Laser erhitzt. Allerdings verbindet sich diese nicht mit einer darunterliegenden Schicht, sondern mit einer anschließend Aufgebrachten.

3D-Drucker sind einer der neuesten Trends im Bereich Technologie. Preislich sind sie allerdings noch nicht für jeden interessant, da die Geräte einige Hundert, schnell aber auch einige Tausend Euro kosten können. 3D-Druckereien haben den Trend erkannt und stellen die Technik des 3D-Drucks der breiten Masse zur Verfügung.

Ganz anders als die reinen Copyshops haben sie sich oft nicht nur auf das reine „Ausdrucken“ spezialisiert, sondern bieten ein Full-Service-Paket an. Dazu gehört auch die Unterstützung in der Erstellung einer passenden Vorlage für den Druck. Egal ob es sich um eine virtuelle oder eine reale Vorlage handelt, sie muss zunächst so aufbereitet werden, dass sie für den 3D-Druck weiterverarbeitet werden kann.

3D-Drucker sind einer der neuesten Trends im Bereich Technologie. Preislich sind sie allerdings noch nicht für jeden interessant, da die Geräte einige Hundert, schnell aber auch einige Tausend Euro kosten können. 3D-Druckereien haben den Trend erkannt und stellen die Technik des 3D-Drucks der breiten Masse zur Verfügung. Ganz anders als die reinen Copyshops haben sie sich oft nicht nur auf das reine „Ausdrucken“ spezialisiert, sondern bieten ein Full-Service-Paket an. Dazu gehört auch die Unterstützung in der Erstellung einer passenden Vorlage für den Druck. Egal ob es sich um eine virtuelle oder eine reale Vorlage handelt, sie muss zunächst so aufbereitet werden, dass sie für den 3D-Druck weiterverarbeitet werden kann.

Warum 3D-Drucke?

3D-Drucker sind die Möglichkeit, neue Ideen schnell auszuprobieren und auch einmal andere Wege einzuschlagen. Sie erleichtern die Entwicklung von Prototypen und sind damit eine gute Ergänzung in vielen Berufsfeldern. Mit 3D-Druckereien ist die Technik auch Privatpersonen zugänglich, die ihn sich selbst nicht leisten können und ihn nicht so oft verwenden. In den Druckereien steht ein Team an Mitarbeitern bereit, das Interessenten und Nutzer bei der Erstellung der Vorlage unterstützt und den Druck letztlich durchführen lässt. Wie lange ein einzelner Druck dabei dauert, hängt von der Komplexität des Motivs sowie von seiner Größe ab.

Objectplot 3D in Berlin

In Berlin gibt es bereits einige 3D-Druckereien. Objectplot 3D ist eine von ihnen. Das Angebot von Objectplot 3D umfasst dabei nicht nur den reinen Druck, sondern bei Bedarf auch das Erstellen der notwendigen Vorlage. Hier können wahlweise digitale Daten oder alternativ eine reale Vorgabe für den 3D-Druck verwendet werden. Daraus ergibt sich eine enorme Bandbreite an Möglichkeiten für einen Druck. Dank der Spezialisten von Objectplot 3D ist dabei jederzeit sichergestellt, dass die Vorlage für die Anfertigung des Drucks ausreichend ist.

Happylab in Berlin

Mit Happylab gibt es etwas Neues unter den 3D-Druckereien Berlins. Das Happylab ist keine reine Druckerei, sondern ein sogenannter „Co-Making-Space“ beziehungsweise eine High-Tech-Werkstatt für Kreative. Auf insgesamt 360 m2 stehen hier interessierten Nutzern verschiedene Geräte und Arbeitsflächen zur Verfügung, um ihre Ideen auszuleben. Egal ob Modedesigner oder Produktentwickler, mit 3D-Druckern, Plottern, Fräsen und anderen Geräten, lässt sich hier fast alles umsetzen. Der Schwerpunkt im Happylab liegt also weniger auf den vorhandenen 3D-Druckern als vielmehr auf dem kreativen Miteinander.

3D-Drucke sind der neue Weg in der Entwicklung von Prototypen aber auch in kreativen Branchen. Doch ein 3D-Druck kann immer nur so gut sein wie seine Vorlage. Die Datenverarbeitung ist eines der entscheidenden Themen für 3D-Drucke, da die Vorlagen für einen Druck immer komplexer werden. Auf der 3D Conference 2016 im November im Kraftwerk Rottweil beschäftigen sich die Teilnehmer daher unter anderem mit diesem Thema.

Laserscans sind oft das Mittel der Wahl, um die Vorlage vollständig zu erfassen. Mit ihnen können auch größere Objekte, ganze Räume oder Bereiche eingescannt werden. Dafür sind allerdings mehrere Scans notwendig, die dann über eine anschließende Datenverarbeitung miteinander kombiniert werden. In 20 verschiedenen Workshops ist die Datenverarbeitung zentrales Thema. Sie wird in verschiedenen Anwendungsfällen aufgezeigt und es werden Optimierungsmöglichkeiten für eine schnellere Verarbeitung vorgestellt.

Themen der 3D Conference

Die 3D Conference dient dem Austausch untereinander. Hier werden natürlich auch neue Techniken vorgestellt, doch im Vordergrund steht das gemeinsame Arbeiten in den verschiedenen Workshops. In den angebotenen Trainings erhalten Teilnehmer Einblick in die Scene-Software, die auf die Verarbeitung von besonders großen Datenmengen spezialisiert ist. Gerade die großen Datenverarbeitungen kosten im Druckprozess oft sehr viel Zeit, sodass vor allem hier eine Optimierung angestrebt wird. Auch die mit der Datenverarbeitung verbundene Software spielt eine Rolle und so gibt es weiterführende Workshops zur Nutzung von Graphisoft, Autocad oder auch Pointsense. Die Techniken werden jeweils an praktischen Anwendungsfällen präsentiert und in kleinen Gruppen vorgestellt. So gesehen ist die 3D Conference einerseits eine Möglichkeit, um neue Techniken und Programme zu entdecken, andererseits aber auch um sich selbst weiterzubilden.

Einfache Datenverarbeitung als Basis für den 3D-Druck

Ausführliche Laserscans, wie sie auf der 3D Conference zur Vorbereitung eines 3D-Druck durchgeführt werden, zeigen bereits die professionelle Nutzbarkeit der Drucker. Für die einfache Anwendung oder den Hausgebrauch sind umfassende Laserscans jedoch schnell übertrieben oder gar überflüssig. Im Internet finden sich günstigere Alternativen, um mit einfachen Mitteln ein 3D-Modell zu erstellen. Als Software könnt ihr dafür entweder Google Sketchup oder auch Blender verwenden, die beide kostenfrei sind. Zudem sind sie recht übersichtlich gestaltet und intuitiv gut nutzbar.

Mit dem ersten 3D Modell habt ihr jedoch noch nicht die Basis für den 3D Druck geschaffen. Nun beginnt die eigentliche Datenverarbeitung, für die ihr zum Beispiel das ebenfalls kostenfreie Tool Slic3r verwenden könnt. Zunächst ladet ihr die in Blender oder Sketcher angelegte und gespeicherte SLT Datei. Nun können die weiteren Parameter für den Druck festgelegt werden.

Dazu gehören neben der Schichthöhe auch die Geschwindigkeit sowie Füllung, Temperatur und zahlreiche weitere Eigenschaften. Nach Eingabe der ganzen Parameter wird das so aufbereitete 3D-Modell erneut gespeichert. In der resultierenden gcode-Datei habt ihr nun alle wichtigen Informationen für euren 3D-Druck vereint und könnt mit dem tatsächlichen Druck beginnen. Beachtet jedoch, dass das Erstellen der Datei eventuell etwas Zeit in Anspruch nehmen wird. Je nach Größe des geplanten Modells und seiner Komplexität und natürlich je nach Leistungsfähigkeit Eures PCs kann es durchaus einige Minuten dauern.

3D-Drucke sind kein unbedingt neuer Trend mehr und werden nicht nur unter Technologie-Fans immer beliebter. Während die ersten 3D Drucke noch für ungläubiges Staunen sorgten, sind sie heute fast schon normal. Die Geräte sind für wenige hundert Euro zu haben oder aber auch für einige Tausend, wenn es einmal ein etwas leistungsstärkeres Modell sein soll. Einen großen Nachteil haben die Geräte der verschiedenen Preisklassen aber oft gemeinsam: Sie können nur einfarbig drucken. Möchtet ihr eine andere Farbe während des Drucks mit einarbeiten, dann müsst ihr den Prozess anhalten und das Druckmaterial entsprechend ergänzend. Das ist umständlich und kann im Worst-Case den ganzen Druck vermiesen.

„The Palette“ für mehrfarbigen 3D-Druck

Wer mit seinem 3D-Drucker farbig drucken, aber nicht ständig den Druckvorgang anhalten möchte, kann sich alternativ eine Extruder-Einheit zulegen, die auch mit mehreren Strängen umgehen kann. Diese Einheiten sind allerdings oft sehr teuer und damit schnell nicht mehr wirklich interessant. „The Palette“ ist nun eine weitere Alternative. Das Zusatzgerät kann an einen beliebigen 3D-Drucker angeschlossen werden und diesen dazu bewegen in bis zu vier verschiedenen Farben zu drucken. „The Palette“ schmilzt die vier einzelnen Filament-Stränge zusammen und führt den so erzeugten Strang einem beliebigen 3D-Drucker zu.

Die Idee des neuen Kickstarter-Projektes ist überraschend einfach, die Technik dahinter aber umso ausgefeilter. Eine intelligente Software berechnet mit Hilfe einer sehr genauen Kalibrierung, wie lang die einzelnen Teilstränge für das Verschmelzen sein müssen, um den gewünschten Farbton zu erzielen. Durch die direkte Anbindung an den Druck, kann die Farbe gezielt an einzelnen Druckstellen angepasst werden. Die hierfür notwendige Software ist im Lieferumfang direkt enthalten. Ein kleiner Haken ist allerdings doch noch vorhanden. Mit einem Preis von 599$ ist der Drucker nicht unbedingt günstig, verspricht allerdings eine sehr gute Alternative zu den teureren 3D-Druckern für mehrfarbigen Druck zu werden.

Weitere Entwicklungen für einen mehrfarbigen 3D-Druck

„The Palette“ ist allerdings nicht die einzige Erweiterung, die einen mehrfarbigen 3D-Druck ermöglichen soll. In Kanada wurde beispielsweise bereits ein Extruder entwickelt, der neben einem Filamenteinzug noch einen Cutter sowie einen Konnektor enthält. Alle 35 mm kann hier die Farbe gewechselt werden und über einen einfachen Strang an den Drucker weitergegeben werden. Das Funktionsprinzip ist also ähnlich des „The Palette“ Zusatzgerätes.

Andere Unternehmen, wie zum Beispiel 3DMakerLab aus Italien, haben bereits Extruder entwickelt, die bis zu 6 verschiedene Farben verarbeiten können. Während auch hier das erste Produkt lediglich 4 unterschiedliche Farben verarbeitete, ist das Nachfolgermodell bereits mit zwei weiteren Farben ausgerüstet. Erkannt werden die Farben der einzelnen Stränge, wie auch im vorhergehenden Beispiel, über einen G-Code. Es wurde seitens der Entwickler aber bereits bemängelt, dass die Vorgehensweise nicht unbedingt als effizient bezeichnet werden kann.