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3D Drucker » Schnelle Herstellung von Prototypen und Ersatzteilen

Die Entwicklung der 3D Drucker war für Unternehmen ein Meilenstein. Denn mit dem 3D Druck, oder auch 3D Printing, lassen sich Prototypen, Kleinserien oder Ersatzteile schnell und unkompliziert herstellen. Somit werden Prozesse in Firmen maßgeblich vereinfacht und beschleunigt. 

Aber auch im privaten Gebrauch sind die Drucker ein nützliches Werkzeug, wenn es um die Anfertigung von Spezialteilen oder individuellen Unikaten geht. 

Wir erklären Ihnen, welche 3D Drucker es gibt, wie sie funktionieren und welche Unterschiede zu beachten sind. Zudem geben wir Ihnen wichtige Informationen rund um das Thema und verraten einige interessante Tipps aus der Praxis.



Was ist ein 3D Drucker?

Bei einem klassischen Computerdrucker wird Tinte oder Toner auf ein Blatt Papier aufgebracht und so ein Textdokument oder ein Bild erstellt. Da der Auftrag auf die Papierebene beschränkt ist, reicht es aus, dass sich z.B. ein Druckkopf von links nach rechts bewegt bzw. der Toner- oder Tintenauftrag zeilenförmig erfolgt. 

Um eine weitere Druckrichtung zu erhalten, wird das Papier durch den Drucker transportiert. Demzufolge ist der fertige Ausdruck zweidimensional.

Bei einem 3D Drucker ist der Ausdruck dreidimensional. Das bedeutet, das gedruckte Objekt hat neben einer Länge und einer Breite auch noch eine Höhe. Aus diesem Grund arbeitet ein 3D Drucker neben den beiden horizontalen Druckachsen (X-Achse und Y-Achse) auch noch mit einer vertikalen Achse (Z-Achse). 

Mittlerweile gibt es die unterschiedlichsten technischen Lösungen, um ein 3D Objekt zu drucken.



Welche Vorteile bieten 3D Drucker?

Bei der subtraktiven Fertigung wird von einem Werkstückrohling durch Sägen, Fräsen, Bohren oder Schleifen Material abgetragen. Beim 3D Druck hingegen handelt es sich um eine additive Fertigung. Denn es wird am unfertigen Werkstück Material hinzugefügt.

Vorteile der additiven Fertigung für Unternehmen im Vergleich zu klassischen Verfahren

  • Schnellere und kostengünstigere Produktion, beispielsweise durch geringeren Materialaufwand und Fehlerreduzierung in der Prototypenentwicklung
  • Just-in-time Produktion von 3D Objekten, beispielsweise Ersatzteile für Maschinen
  • Funktionale und komplexe sowie filigrane Druckerzeugnisse bei Bauteilen, Spritzgussformen etc. 
  • Hohe Flexibilität im Produktionsprozess durch Adhoc-Änderungen und schnelle Umsetzung von Änderungswünschen
  • Leichtbaukonstruktion: Mit 3D Druck lassen sich Formen realisieren, die mit klassischen Fertigungsmethoden gar nicht oder nur schwer realisierbar sind. Damit setzen die 3D Konstruktionen hinsichtlich Gewicht, Design und Stabilität neue Maßstäbe.

Vorteile der additiven Fertigung bei privater Nutzung

  • Produktion von benötigten Teilen in kurzer Zeit
  • Individualisierung: Keine Lust auf Massenware? Mit dem 3D Drucker können Sie individuelle Stücke kreieren.
  • Spaß am Tüfteln und Gestalten

Unser Praxistipp: Urheberrecht und Markenrecht beachten

Für den 3D Druck gilt in Deutschland das Urheberrecht. Dies bedeutet, dass nicht jede Vorlage beliebig verändert, verbreitet oder überhaupt gedruckt werden darf. Die rechtlichen Regelungen betreffen beispielsweise Kunstwerke oder Markenprodukte, für die zusätzlich das Markenrecht gilt. Bevor Sie also loslegen, sollten Sie einen Blick in die Bestimmungen werfen. 



Wie funktioniert ein 3D Drucker?

Mit einem 3D Drucker werden entweder bereits bestehende, auch selber entworfene, dreidimensionale Objekte in Schichtbauweise hergestellt. Das Objekt, das Sie drucken möchten, muss also digital als dreidimensionales Modell vorliegen. Dafür können Sie vollständige 3D Entwürfe aus dem Internet herunterladen oder selbst in einem geeigneten CAD-Programm erstellen. Auch hier gibt es mittlerweile sehr gute Programme, die im Internet kostenfrei genutzt werden können.

Damit aus der entstandenen CAD-Datei im 3D Drucker ein realer Gegenstand entsteht, wird den Druckern eine geeignete Software beigelegt. Diese berechnet die nötigen Werkzeugbahnen und Befehle für den Drucker.

In unserem Ratgeber 3D-Modell erstellen haben wir die erforderlichen Schritte von der Idee bis zum fertigen Bauteil genau erklärt.



Wie finde ich den passenden 3D Drucker?

Die meisten Anwender*innen, die in das Thema 3D Druck einsteigen wollen, werden sich zunächst überlegen, für welche Druckervariante sie sich entscheiden.

Für kleine und fein detaillierte Ausdrucke ist ein SLA-Drucker mit Sicherheit die bessere Wahl. Wenn aber größere Projekte gedruckt werden sollen und zudem auch noch die Materialbeschaffenheit dem Anwendungszweck entsprechen muss, ist ein FDM-Drucker zu empfehlen. 

Allerdings gibt es bei FDM-Druckern sehr große Unterschiede in Ausführung, Qualität und Preis. Aus diesem Grund wollen wir die Leistungsmerkmale dieser Drucker genauer betrachten:

Druckraum 

Die Größe des Druckraums wird als X-, Y- und Z-Achse angegeben. In der Regel reichen diese von 100 bis 400 Millimeter pro Achse. Somit ist es kein Thema, auch größere oder mehrere Objekte in einem Druckvorgang zu fertigen.


Druckbett

Hier gibt es beheizte und unbeheizte Varianten. Wer einen hohen Qualitätsanspruch hat, greift besser zu einem beheizbaren Druckbett. Denn so kann sich nichts verziehen. Dies passiert oftmals, weil die frisch gedruckten Teile ungleichmäßig warm und somit unterschiedlich formbar sind. 

Die beheizte Platte sorgt für ein langsameres Auskühlen des Materials, sodass die Wärmeunterschiede nicht zu groß sind. Zu beachten ist unbedingt, welches Filament gedruckt wird, um die richtige Hitze des Druckbettes einzustellen. Bei PLA beispielsweise ist eine Temperatur von 60 Grad Celsius ausreichend. 

Einen Einfluss auf Haftung und Temperaturverteilung hat das Material des Druckbetts. Hier empfehlen sich Platten aus Glas, Keramik oder Aluminium-Gussplatten. Damit das Modell während des Drucks optimal auf der Druckplatte haftet, eignen sich entsprechende Haftfolien, Klebestreifen oder Haftsprays. Diese lassen sich auf beheizte und unbeheizte Druckbetten auftragen.


Druckgeschwindigkeit 

Auch wenn hochwertige Geräte mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 Millimetern pro Sekunde drucken können, geht dies jedoch oft zu Lasten der Qualität. In Kombination mit dem richtigen Filament, wie beispielsweise High-Speed PLA, liefern sie auch bei hohen Geschwindigkeiten gute Qualität. Zusätzlich verringern sich die Druckzeiten nochmals. 3D Drucker für Einsteiger hingegen sind mit Werten um die 60 mm/s deutlich langsamer.


Druckschichthöhe

Die Dicke des aufgetragenen Druckmaterials ist variabel. Je dünner eine Druckschicht ist, desto feiner und präziser wird das Modell am Ende. Zudem sind die Rillen zwischen den einzelnen Druckschichten weniger auffällig. Diese Eigenschaft macht unter anderem den Unterschied zwischen preislich hochwertigen und günstigen 3D Printern. Allerdings erhöht sich mit der Verringerung der Druckschichthöhe die benötigte Zeit für einen Ausdruck.


Hot-End und Extruder

Der Extruder ist das Herzstück eines 3D Druckers: Er und eine heiße Düse (Hot-End) schmelzen und formen das Filament und bauen das Objekt auf. 3D Drucker haben entweder einen oder zwei Extruder.

Besonders für den professionellen Einsatz ist ein Gerät mit zwei Extrudern (Dual Extruder) empfehlenswert. Durch den Druck von Stützstrukturen, beispielsweise aus wasserlöslichem PVA, lassen sich bessere Druckergebnisse erzielen. Die filigranen Stützen sind leicht im Wasserbad zu entfernen. Außerdem lassen sich verschiedene Materialien wie weiche und harte Stoffe oder mehrere Farben in einem Modell kombinieren.


Filament

Wichtige Kriterien bei den Filamenten sind Härtegrad, Flexibilität und Temperaturfestigkeit. Das Druckmaterial für das herkömmliche FDM-Verfahren besteht in der Regel aus PLA Filament oder ABS Filament.

PLA ist ein Naturkunststoff, der biologisch abbaubar ist. Er ist UV-beständig und leicht zu verarbeiten. Darüber hinaus haftet er während des Drucks am besten auf einer Glasplatte oder einem Spiegel, der auf der Druckplatte montiert ist. Eine beheizbare Platte ist nicht nötig. 

Darüber hinaus gibt es Filamente aus PLA mit Holz-, Bronze-, Messing- oder Kupferanteilen. Diese sind in ihrer Optik und Haptik dem originalen Stoff täuschend ähnlich. Auch transparente oder bei Dunkelheit leuchtende Filamente sind erhältlich. 

PLA verformt sich bei 60 Grad Celsius. Es ist also ungeeignet für Gegenstände wie Tassen, die sich bei Gebrauch erhitzen oder mit heißen Materialien in Berührung kommen.

Der Kunststoff ABS besteht aus Erdöl, ist schlagfest und weniger hitzeanfällig als PLA. Deshalb ist er auch für eine Nachbearbeitung wie Polieren oder Schleifen geeignet. Allerdings ist er schwerer zu verarbeiten und benötigt ein beheiztes Druckbett.

Zudem ist heute fast jeder Kunststoff für 3D Drucker verfügbar, egal ob hochfestes Polycarbonat oder scheuerfestes Nylon. Durch die Auswahl des Filaments lassen sich die Eigenschaften des gedruckten Objektes perfekt an den Einsatzzweck anpassen. Allerdings ist es immer etwas zeitaufwändig, für das jeweilige Filament die optimalen Druckereinstellungen zu finden.



3D Drucker - Unsere Produktempfehlungen



Häufig gestellte Fragen zu 3D Druckern

Wie erhält der Drucker seine Daten?

In der Praxis hat es sich bewährt, die Drucker-Files auf eine SD-Karte zu kopieren und die Karte dann in den Kartenslot am Drucker zu stecken. Vorausgesetzt der Drucker bietet diese Möglichkeit. Wird der Drucker lediglich per Schnittstellenkabel mit dem Computer verbunden, muss der PC solange laufen, bis der Drucker den Druck abgeschlossen hat.


Welche Software wird für einen 3D-Drucker benötigt?

Neben der internen Software (Firmware), die im Drucker verwendet wird, muss am Computer eine Drucker-Software installiert werden. Eine gängige Software für 3D Drucker ist z.B. Repetier Host. In diese Software ist ein Slicer eingebunden, der die Konstruktionsdatei in ein für den Drucker verständliches Format umwandelt. Wer die Objekte für den 3D-Druck selber kreieren will, benötigt noch eine CAD-Software. Diese werden mittlerweile zur kostenlosen Nutzung im Internet angeboten.


Bieten günstige Drucker ein schlechteres 3D Ergebnis?

Diese Frage lässt sich nicht so einfach beantworten, denn der Preis spiegelt nur im begrenzten Umfang die Produktqualität wieder. Grundsätzlich aber lässt sich sagen, dass für eine gute Druckqualität eine hohe Präzision erforderlich ist. Um diese 3D Präzision zu erreichen, sind hochwertige Komponenten und ein stabiler Aufbau der 3D Maschine erforderlich.


Welchen Vorteil bieten Dual Extruder?

Bei 3D Printern mit Dual Extrudern besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Filamente in einem 3D Druckauftrag zu verarbeiten. Das können zwei PLA Filamente mit unterschiedlichen Farben oder auch ein wasserfestes und ein wasserlösliches Filament für die Stützstrukturen sein. Allerdings ist die Einstellung eines 3D Druckers mit Dual Extruder deutlich aufwändiger und für den Einstieg eher weniger geeignet. 



Conrad Online 3D Druckservice

Wenn Sie sich nicht gleich einen eigenen 3D Printer kaufen möchten, können Sie Ihr 3D Modell an unseren Conrad 3D Druckservice schicken. Dieser druckt Einzelteile oder Kleinserien und bietet Ihnen das gesamte Spektrum der 3D Drucktechnologie an.  


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