Durch die in den letzten Jahren am Markt erhältlichen und vor allem erschwinglichen Geräte und das Angebot an passender Software kann jeder 3D-Modelle jeglicher Art herstellen. Dies versprechen zumindest die zahlreichen Publikationen zu diesem Thema. Ob 3D-Druck tatsächlich so einfach ist, konnte ich am 12.3.2014 in einem Workshop herausfinden.
Nach einer kurzen Einführung in die Historie des 3D-Drucks und einigen theoretischen Grundlagen konnten wir bereits erste Formen entstehen lassen. Ein Kursteilnehmer hatte bereits ein 3D-Modell erstellt und konnte dies nach der Umwandlung in das für den Drucker notwendige Format in die Produktion geben.
Während der Drucker nun schichtweise geschmolzenen Kunststoff, sogenanntes „Filament“ aufträgt, konnte ich mein Modell eines „Minions“ (Kultfigur aus dem Animationsfilm „Ich-einfach unverbesserlich“) für den Druck optimieren. Wie wir im theoretischen Teil gelernt hatten, ist es bei dem im Workshop eingesetzten Ultimaker 2, welcher nach der Schmelzschichtungs-Methode arbeitet, schwer möglich, Überhänge von mehr als 45 Grad zu drucken. Mein Modell wies eindeutige Schwachstellen auf und musste zwangsläufig angepasst werden. Für diese Anpassungen nutzten wir die kostenfreie Software „123D Design“. Kursleiter Maik hat mit mir alle kritischen Stellen noch einmal geprüft und mir dabei sehr viele nützliche Hinweise aus seinem, über die Jahre gewachsenen, Erfahrungsschatz gegeben.
Im nächsten Schritt musste das Modell in das STL-Format exportiert und von der Druckersoftware Cura importiert werden. In diesem Programm wird das Modell für den Druck aufbereitet. Aufbereitung heißt hier, dass das 3D-Modell in vertikale Schichten zerschnitten wird, welche dann vom Druckkopf Schicht für Schicht aufgetragen werden. Wenn das Modell in der 3D-Software nicht exakt nach gewünschten Maßen angefertigt wurde, kann man es nun innerhalb der Fertigungsdimensionen des verwendeten Druckers skalieren. Weiterhin hat man die Wahl zwischen automatischen Voreinstellungen und Experteneinstellungen. Im ersten Fall analysiert das Programm das Modell und stellt entsprechende Druckparameter automatisch ein. In diesem Modus kann man noch Einfluss auf die Druckqualität nehmen. An dieser Stelle kommt ein wesentlicher Aspekt beim 3D-Druck zum Tragen: die Zeit. Cura errechnet grob, wie lang der Drucker für die Produktion benötigt. Es wird schnell klar, dass man nicht „mal eben schnell drucken“ kann. Im Workshop haben wir uns auf Druckzeiten zwischen 40-50 Minuten pro Modell orientiert. Für meinen „Minion“ wurde eine Produktionszeit von ca. 50 Minuten bei einer Modellgröße von 4 cm errechnet, wobei ca. 20 cm schon eine Wartezeit von 50 Stunden bedeutet hätten.
Auch wenn die automatischen Einstellungen für viele Modelle funktionieren, hat mir Kursleiter Maik angeraten, die Experteneinstellungen zu verwenden. Da der „Minion“ bei einem eher korpulenten Rumpf auf sehr wackeligen Beinen steht, musste die Standfestigkeit erhöht werden, damit das Modell während des Druckvorganges nicht umkippt. Die Einstellung „brim“ hilft, die Standfestigkeit mit Hilfe einer großflächigen dünnen Basis zu erhöhen. Nun war mein Modell endlich fertig für den Druck. Ein letzter Export auf eine SD-Karte und es konnte endlich losgehen.
Schicht für Schicht konnte ich zusehen, wie zuerst die Beine und später der Rumpf entstanden. Vor dem Druck hatten wir noch ein anderes Filament eingezogen. Das Schmelzverhalten des neu gewählten Materials war jedoch nicht optimal für das Modell, sodass wir während des Druckes eine optimale Balance zwischen Schmelztemperatur, Druckgeschwindigkeit und Kühlung finden mussten. Über ein Menü am Drucker kann man dazu auch im Druckvorgang zahlreiche Einstellungen vornehmen. Da eine Unterbrechung nicht möglich ist, braucht es ein geschultes Auge und viel Erfahrung, um bei Abweichungen richtig handeln zu können. Gut wäre es natürlich, wenn man die exakten Parameter des verwendeten Filaments irgendwo definieren kann. Leider stellen die Hersteller der Materialien dazu nur sehr grobe Informationen bereit und der Drucker hat noch keine Möglichkeit, für entsprechende Voreinstellungen.
Die oben angesprochene Standfestigkeit des Modells wurde mit zunehmender Höhe des Modells zum Problem. Die ruckenden Bewegungen des Druckkopfes haben auf der Mitte des Rumpfes leider bewirkt, dass sich das Modell von der Grundplatte gelöst hat. Eine Fertigstellung war damit unmöglich und mein „Minion“ musste leider kopflos den Drucker verlassen.
Mein Fazit
3D-Druck ist ein sehr spannendes Thema und dank der inzwischen vorhandenen Technik für jeden zugänglich. Wer jedoch schnelle Ergebnisse erwartet, wird enttäuscht sein. Für Bastler, Kreative, Konstrukteure und vor allem Menschen mit viel Geduld bieten sich jedoch nahezu grenzenlose Möglichkeiten. Die hier aufgeführten Parameter für die Erstellung der Konstruktion, die Druckvorbereitung und den abschließenden Druck stellen nur einen Bruchteil dessen dar, was aktuell möglich ist.
Organisiert wurde die 4stündige Veranstaltung vom FabLab Dresden unter Leitung von Maik Jähne. Wir waren insgesamt 3 Teilnehmer, was zunächst sehr wenig klang, verfahrensbedingt aber durchaus sinnvoll war. Für den praxisnahen Einstieg in die Welt des 3D-Drucks kann ich den Einführungskurs von FabLab Dresden wärmstens empfehlen.