3D-Drucker
Das additive Verfahren
3D-Drucker im FabLab Neckar-Alb
Das 3D-Druck-Verfahren zählt zu den Kernelementen der digitalen Produktion. Der 3D-Drucker gehört wie die CNC-Fräse zu der Klasse der "Digital Fabricators" (in der Kurzform: "Digital Fabber"). Digital Fabber sind Maschinen, mit deren Hilfe man aus CAD-Dateien ("computer-aided design") dreidimensionale Werkstücke erzeugen kann. Das Konstruieren der Produkte erfolgt bei den Digital Fabbern also rechnergestützt mit Hilfe von Konstruktionsprogrammen. Alternativ kann das Produkt, das erzeugt werden soll, auch mit Hilfe eines 3D-Scanners eingelesen werden.
Grundsätzlich werden zwei wichtige Verfahren unterschieden. Bei der CNC-Fräse wird Schicht für Schicht Material aus einem großen Block abgetragen, man spricht hier von einem subtraktiven Fabber. Im Gegensatz dazu ist der 3D-Druck ein additives Verfahren, da hier im Schichtverfahren Material erzeugt bzw. abgelagert wird.
Beim 3D-Druck kommt schnell aushärtendes Material zum Einsatz, je nach Anwendungsbereich können das zum Beispiel Kunststoffe sein. Inzwischen sind sogar mehrfarbige Drucke möglich. Von Vorteil ist, dass 3D-Drucker nur so viel Material verbrauchen, wie für das Werkstück benötigt wird. Vor allem in den letzten Jahren hat das Verfahren massiv an Bedeutung gewonnen. Damit einher gehen rapide sinkende Anschaffungskosten, so dass viele Schulen inzwischen über einen eigenen 3D-Drucker verfügen.
Geschichte und Bedeutung
"Umwandlung eines 3D-Modells in einen druckbaren Gegenstand" von Materialgeeza [CC BY-SA 3.0)], via Wikimedia Commons
Der erste 3D-Drucker kam bereits in den 80er Jahren zum Einsatz. Die Bedeutung für die Industrie wurde bald erkannt. Modelle sowie Prototypen konnten nun ohne aufwändige Spritzgussverfahren hergestellt werden. In der Industrie und in der Medizintechnik ist die 3D-Fertigung inzwischen nicht mehr wegzudenken. Auch in der Bastler- und Künstlerszene erfreut sich der 3D-Drucker großer Beliebtheit. Ersatzteile oder Einzelstücke lassen sich nun auch von Privatpersonen ohne großen Aufwand herstellen. Viele sind daher der Ansicht, dass das 3D-Druck-Verfahren essentiell ist für die zukunftsweisende Entwicklung einer dezentrale Produktion. Der Einzelne ist in dieser Idealvorstellung nicht mehr abhängig von den großen Fabriken. Als Privatperson kann man nun mit Hilfe einer Art "Mini-Fabrik", zum Beispiel im FabLab, sein eigenes Projekt verwirklichen. Das Institut für ökologische Wirtschaftsforschung sieht darin sogar ein großes Potenzial für zukunftsfähige Wertschöpfung. In den kurzen Lieferwegen und lokalen Netzwerken verstecke sich demnach die Chance, künftig nachhaltiger zu produzieren. Darüber hinaus haben sich in den letzten Jahren verschiedene 3D-Druck-Dienstleister etabliert, bei denen man eine Datei seines Wunschobjekts hochladen kann. Das fertig gedruckte Produkt wird dann bequem nach Hause geliefert.
Weitere Informationen:
Publikation des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung: Dezentrale Produktion, 3D-Druck und Nachhaltigkeit. Trajektorien und Potenziale innovativer Wertschöpfungsmuster zwischen Maker-Bewegung und Industrie 4.0, erschienen 2014
Auto-Replikation
"RepRap Mendel V2" von RepRap Project [CC BY-SA 4.0)], via Wikimedia Commons
Hervorzuheben sind die zwei Open-Source-Projekte RepRap und MakerBot. Es handelt sich hierbei um 3D-Drucker, die sich selbst replizieren können, man spricht von Auto-Replikation beziehungsweise sogenannten "self-replicating machines". Vorbild war hier die natürliche Selbstreplikation, wie sie zum Beispiel von DNA-Molekülen bekannt ist. Diese können vor jeder Zellteilung ihre eigene Bildung katalysieren, um zu gewährleisten, dass in jeder entstandenen Tochterzelle eine Kopie des Ausgangsmoleküls vorhanden ist. Sowohl das "Reprap"-Projekt als auch das "MakerBot"-Projekt hatten zum Ziel, 3D-Drucker für die breite Gesellschaft erschwinglich zu machen. Zu diesem Konzept gehört auch, dass die 3D-Drucker (beim "MakerBot" nur die frühen Versionen) ihre eigenen Bestandteile aus Plastik drucken können. Elektronische Bestandteile werden dann vom Endverbraucher selbst verlötet. Auch Erweiterungen und Verbesserungen können von der Maschine selbst hergestellt werden, so dass der 3D-Drucker immer auf dem neuesten Stand bleibt.
Software
Konstruktionsprogramme
Software, die beim Erstellen eines druckbaren 3D-Modells hilfreich ist.
- Blender: kostenloses Open-Source-Programm, sehr gut dokumentiertes Programm, da viele Tutorials verfügbar sind
- OpenSCAD: Open simple CAD, frei verfügbare CAD-Software zum Design von 3D-Druckobjekten, wurde auf Initiative von Makerbot entwickelt
- Sketchup: Programm, das gut für Einsteiger geeignet ist, für stl-Exporte wird ein Plugin benötigt
- TinkerCAD: von Autodesk, einfaches Tool für 3D-Entwürfe
Slicer
Software, die das 3D-Modell in einzelne Schichten zerlegt, damit es von dem 3D-Drucker gedruckt werden kann.
- Slic3r: Open-Source-Programm für professionelle 3D-Drucke
- Cura: Ultimaker Cura Software, für Einsteiger und Fortgeschrittene - kostenlos, aber nicht frei
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