Ein fertiger 3D-Druck, der aus einem 3D-Drucker entnommen wurde

Was ist der 3D-Druck?

Wie es funktioniert | Was sich in 3D drucken lässt | Wie viel es kostet

Der 3D-Druck ist ein Fertigungsverfahren, bei dem aus einer digitalen Modelldatei ein physisches Objekt erstellt wird. Die Technologie funktioniert mittels Materialaufbau Schicht für Schicht auf dem Druckbett, bis ein Objekt vollständig erstellt wurde.

In diesem Leitfaden für Einsteiger erfahren Sie alles, was Sie wissen müssen, um mit dem 3D-Druck beginnen zu können. Um sich besser zurechtzufinden, können Sie diese Liste der in diesem Artikel behandelten Themen nutzen.

  1. Vorstellungsrunde

  2. Was kann man in 3D drucken?

  3. Wie der 3D-Druck funktioniert

  4. 3D-Drucktechnologien kurz erklärt

  5. Nutzung eines 3D-Druckers

  6. 3D-Druck-Materialien

  7. Wie viel 3D-Druck kostet

Einführung in den 3D-Druck

Das 3D-Druckverfahren wurde in den 1980er Jahren entwickelt und ursprünglich als „Rapid Prototyping“ (schneller Bau von Prototypen) bezeichnet. Es ermöglichte Unternehmen, Prototypen schneller und genauer zu entwickeln als mit anderen Methoden. Nach über 30 Jahren Innovation sind die Anwendungen heute wesentlich vielfältiger.

Hersteller, Ingenieure, Designer, Pädagogen, Mediziner und Hobby-Enthusiasten nutzen die Technologie für eine Vielzahl von Anwendungen.

The 3D printing process up close
3D-Druck ist ein „additiver“ Fertigungsprozess, bei dem ein Objekt in Schichten aufgebaut wird
A 3D printed part in use
Ein 3D-gedrucktes Teil bei der Nutzung in der Kfz-Branche

Falling costs and the development of more compact ‘desktop’ 3D printers have also made the technology increasingly accessible over time.

What can you 3D print?

Any technology exists to solve a problem or make our lives better – and 3D printing is no different. Before diving into all the technical details, let’s look at what 3D printing is used for.

Prototypes

True to its origins as ‘rapid prototyping’, 3D printing is still widely used for this purpose. With 3D printing, designers and engineers can print their digital designs and review them within hours.

There are different types of prototyping that 3D printing can be used for. Designers can create multiple early concepts to set the direction of a product development process, or in later design stages create a realistic mockup to evaluate shape and form – for example how a phone feels in the hand.

And engineers can use diverse material options to perform functional testing of their prototypes, such as checking heat or impact resistance, or fit testing the design of a new part.

Functional parts

Most plastic products are created by injection molding – a process where molten plastic is injected into a metal mold, where it sets in the desired shape. While this process can take as little as a few seconds and is easy to repeat, it takes much longer to make the initial mold and only becomes cost effective once you’ve made a lot of parts.

What if you only need a few hundred? Or you need them by the end of the week? That’s where 3D printing can help.

3D-gedruckte Produkt-Prototypen
Frühe Konzeptprototypen für einen Tablet-Ständer, hergestellt mit 3D-Druck
Eine Werkstatt mit mehreren 3D-Druckern
Einige Teile sind klein genug, um Chargen in einem einzigen Druckauftrag zu drucken

Da 3D-Drucker zuverlässiger geworden sind und mit einer größeren Bandbreite an Materialien drucken können – von starken Glas- oder Metallverbundwerkstoffen bis hin zu flexiblen gummiartigen Materialien – ist die Herstellung von Kleinserien eine realistische Option geworden.

3D-Drucker geben dem Hersteller mehr Kontrolle und Flexibilität. Wenn sich die Lieferung eines Bauteils verzögert oder die Nachfrage nach Ihrem Produkt steigt, können Teile einfach in 3D gedruckt werden, damit die Produktionspläne eingehalten werden können. Dies ist nicht nur für Fertigungsunternehmen nützlich. Der 3D-Druck konnte Ärzte am Beginn der COVID-19-Pandemie vor Lieferengpässen bewahren, als PPE und andere Lieferketten die Nachfrage nicht erfüllen konnten.

Ersatzteile werden häufig in Fertigungs- und Verpackungslinien eingesetzt, wo Probleme und Ausfallzeiten sehr kostspielig sein können. Wenn ein Teil nicht mehr beschafft werden kann oder häufig ausfällt und/oder optimiert werden muss, kann durch den 3D-Druck innerhalb weniger Stunden ein Ersatzteil eingebaut werden.

Werkzeuge

Technisch gesehen handelt es sich um eine Zusatzfunktion, aber mittlerweile sind 3D-gedruckte Werkzeuge so weit verbreitet, dass sie als eigene Anwendungskategorie betrachtet werden können. Hersteller können neue oder optimierte Werkzeuge erstellen und testen, wann immer sie wollen. Das gilt auch für benutzerdefinierte Vorrichtungen, die den Fertigungsprozess einfacher und wiederholbarer machen, damit die Ergebnisse auf Anhieb stimmen.

Modelle zur Erklärung von Konzepten

Neben dem Design und der Herstellung von Produkten ist der 3D-Druck auch ein nützliches Werkzeug zur Visualisierung von Konzepten in 3D.

Zu den Anwendungen gehören: architektonische Modelle für neue Projekte, medizinische Modelle zum Planen von Operationen oder visueller Verdeutlichung für Patienten und Visualisierungen für Bildungszwecke.

Ein 3D-gedrucktes Werkzeug im Gebrauch
Ein 3D-gedrucktes Werkzeug, das für die Umstellung einer Fertigungslinie verwendet wird
Ein 3D-gedrucktes Modell eines architektonischen Entwurfs
Architekten bei der Überprüfung eines 3D-gedruckten Entwurfsmodells

Ein zusätzlicher Vorteil des 3D-Drucks in der Ausbildung ist, dass sich die Schüler mit der Technologie auseinandersetzen und wichtige STEAM-Fähigkeiten wie 3D-Design und das Verständnis von Materialeigenschaften und Fertigungsprozessen entwickeln.

Wie funktioniert 3D-Druck?

Wie wir bereits gesehen haben, wird beim 3D-Druckverfahren Schicht für Schicht aus geschmolzenem Kunststoff aufgebaut, um ein Objekt zu erstellen. Nachdem jede Ebene hart geworden ist, wird die nächste Ebene darauf gedruckt und das Objekt allmählich aufgebaut.

Um einen 3D-Druck anzufertigen, ist eine digitale Datei erforderlich, die dem 3D-Drucker mitteilt, wo Material gedruckt werden soll. Das häufigste Dateiformat dafür sind die G-Code-Dateien. Diese Datei enthält im Wesentlichen Koordinaten, um die Bewegungen des Druckers sowohl horizontal als auch vertikal zu steuern – auch als X-, Y- und Z-Achse bezeichnet.

3D-Drucker können diese Schichten mit unterschiedlichen Stärken drucken, die als Schichthöhe bezeichnet werden. Ähnlich wie bei Pixeln auf einem Bildschirm ergeben mehr Schichten in einem Druck eine höhere „Auflösung“. Dies führt zu einem besser aussehenden Ergebnis, aber der Druck dauert länger.

3D-Druck oder additive Fertigung?

Durch das Hinzufügen von Schichten erhält der 3D-Druck seinen alternativen Namen „additive (oder generative) Fertigung“.

Sie werden oft sehen, dass sich die Begriffe auf denselben Herstellungsprozess beziehen. Die additive Fertigung ist das Gegenteil von subtraktiven Prozessen, bei denen Material aus einem größeren Block entfernt (subtrahiert) wird, um das endgültige Objekt zu erstellen, z. B. bei der CNC-Bearbeitung.

FDM- oder FFF-3D-Druck – Erläuterung

Eine weitere Sache, die Neulinge im 3D-Druck verwirren kann, sind die Verweise auf die Verfahren FDM (Fused Deposition Modeling) und FFF (Fused Filament Fabrication). Auch hier handelt es sich im Wesentlichen um verschiedene Namen für dieselbe Sache, da sie sich beide auf einen bestimmte Art von 3D-Druckern beziehen.

Gibt es verschiedene Arten von 3D-Druckern? Ja! Kein Grund zur Verwirrung – diese schauen wir uns gleich an.

Welche verschiedenen 3D-Drucktechnologien gibt es?

Kunststoffe sind ein vielseitiges Material, daher gibt es viele Möglichkeiten, daraus etwas anzufertigen. Das gilt auch für den 3D-Druck, also lassen Sie uns die verschiedenen Methoden untersuchen.

Die am weitesten verbreiteten 3D-Druck-Technologien sind FFF, SLA (Stereolithografie) und SLS (Selektives Lasersintern).

Was ist der FFF-3D-Druck?

Beim FFF-Verfahren wird ein dicker Materialstrang, allgemein als Filament bezeichnet, durch eine beheizte Düse extrudiert (ausgestoßen). Die Düse ist auf einem beweglichen System montiert, das sie innerhalb des Baubereichs bewegt, wo geschmolzenes Filament auf ein Druckbett aufgebracht wird. Während das Material abkühlt und erstarrt, bewegt sich das Druckbett Schicht für Schicht um den Bruchteil eines Millimeters nach unten, bis das Objekt vollständig gedruckt ist.

Der 3D-Druckprozess mit FFF
The FFF 3D printing process

Was ist der SLA-3D-Druck?

Der SLA-3D-Druck verwendet UV-beständiges Harz als Rohmaterial. Das Harz wird in einen Behälter mit Glasboden gegossen, in den eine Druckbettaufnahme getaucht wird. Ein Laser bestrahlt das Harz mit UV-Licht, um selektiv einen Querschnitt der gewünschten Form zu härten. Das Druckbett hebt sich allmählich aus dem Behälter und baut den Druck auf.

Was ist der SLS-3D-Druck?

Beim 3D-Druck mit SLS wird ein pulverförmiges Rohmaterial verwendet, typischerweise ein Polymer. Das Pulver befindet sich in einem Behälter, in dem eine so genannte Recoating-Klinge jeweils für die folgende Schicht das Material dünn auf dem Druckbereich verteilt. Ein Laser verschmilzt daraufhin die kleinen Materialpartikel zu einer einzigen horizontalen Schicht des Bauteils, dann bewegt sich der Behälter um den Bruchteil eines Millimeters, um eine neue Schicht zu beginnen, und die Klinge streicht über den Baubereich und trägt eine neue Schicht Rohmaterial auf. Dieser Vorgang wird wiederholt,bis das Objekt fertiggestellt ist.

SLA 3D printing
Ein auf einem SLA-Drucker in Harz gedrucktes Modell
SLS 3D printing
Entnahme eines fertigen SLS-3D-Druckteils

Diese Liste ist keineswegs vollständig, und Sie können auch auf die folgenden Punkte stoßen:

  • DLP (Direkte Lichtverarbeitung) – ein Harz-basierter Prozess ähnlich wie SLA. Anstelle eines Lasers, der jeweils einen einzelnen Harzpunkt aushärtet, verwendet DLP Licht, um ein Bild der gesamten Schicht in das Harz zu projizieren.

  • Binder Jetting – Ein pulverbasiertes Verfahren ähnlich wie SLS, nur dass das Pulver durch ein Bindemittel und nicht durch einen Laser verschmolzen wird.

  • Material Jetting – Eine Variante des „2D“-Tintenstrahldrucks, mit der 3D-Teile durch Auftragen von Wachs- oder Kunststoffmaterial und anschließendes Aushärten mit UV-Licht erzeugt werden können.

  • SLM (Selective Laser Melting) – Eine der wenigen SLS-ähnlichen Varianten für den Metall-3D-Druck

Möchten Sie die Vor- und Nachteile der einzelnen Technologien kennen lernen? Lesen Sie unseren ausführlichen Leitfaden zum Vergleich von 3D-Druckverfahren.

Nutzung eines 3D-Druckers

Nachdem Sie nun wissen, wie ein 3D-Drucker funktioniert: Welches sind die konkreten Bedienungsschritte beim 3D-Druck? Einige der folgend erläuterten einfachen Schritte sind sich ähnlich oder gleich, andere können je nach ihrer Funktion mehr oder weniger einfach zu bedienen sein (mehr dazu später).

Schritt 1 – Vorbereiten Ihres Entwurfs für den 3D-Druck. Zu diesem Zeitpunkt müssen Sie über ein druckfertiges Teil verfügen und Ihr Material ausgewählt haben. Das Teil können Sie selbst mit CAD (Computer Aided Design) entworfen haben, es könnte aus einem 3D-Scan stammen, oder Sie könnten es aus einem Bestand bestehender Konstruktionen ausgewählt haben.

Bevor Sie mit dem Drucken beginnen, müssen Sie Ihren Entwurf in „Koordinaten“ übersetzen, die der 3D-Drucker verstehen kann, und ihm wichtige Parameter mitteilen, wie z. B. das Material, mit dem Sie drucken möchten.

Dies wird als „Slicing“ bezeichnet, da das 3D-Design in dünne Schichten geschnitten werden muss. Dies geschieht zumeist in einem Programm, das als Slicing- oder Druckvorbereitungssoftware bezeichnet wird. Unsere Slicing-Software Ultimaker Cura wird mit vielen vorkonfigurierten Einstellungen geliefert, so dass Sie normalerweise nur wenige Sekunden benötigen, um einen Druck vorzubereiten. Wenn Sie eine granulare Steuerung des Druckvorgangs bevorzugen, stehen Ihnen außerdem Hunderte von benutzerdefinierten Einstellungen zur Verfügung. Nach dem Slicing ist Ihre Datei druckfertig.

Vorbereiten eines 3D-Drucks mit Software
Vorbereiten eines 3D-Drucks mit der Software Ultimaker Cura

Schritt 2 – Einrichten des Druckers. Sie können diesen Schritt auch zuerst durchführen, wenn Sie möchten. Vielleicht müssen Sie die Einrichtung gar nicht ausführen, z. B. wenn Sie regelmäßig die gleiche Art von Teilen drucken.

Bevor Sie mit dem Drucken beginnen, sollten Sie jedoch sicherstellen, dass Sie das richtige Material eingelegt haben. Bei FFF-3D-Druckern wie Ultimaker können Sie auch verschiedene Düsengrößen wählen, wobei eine kleinere Düse detailliertere Drucke und eine größere Düse schnellere Druckzeiten ermöglicht. Wenn Sie die Ultimaker-Software zusammen mit einem Ultimaker 3D-Drucker verwenden, prüft die Software Ihre Druckerkonfiguration und fragt ab, ob etwas geändert werden muss.

Schritt 3 – Ihre Datei an den Drucker senden. Sobald Sie bereit sind, müssen Sie die Datei an Ihren 3D-Drucker übertragen. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder laden Sie die Datei auf ein Speichermedium (z. B. ein USB-Laufwerk), schließen dieses am Drucker an und starten Sie den Druckauftrag durch Bedienung am Drucker. Oder Sie schicken den Auftrag remote über Ihr lokales Netzwerk oder die Cloud an den (netzwerkfähigen) Drucker. Der Remote-Druck ist besonders hilfreich, wenn Sie sich nicht am selben Ort wie Ihr 3D-Drucker befinden.

Schritt 4 – 3D-Druck. Jetzt können Sie sich zurücklehnen und entspannen! Natürlich können Sie auch an anderen Projekten weiterarbeiten, während der Drucker seine Arbeit erledigt.

Die Druckzeiten variieren je nach Größe und Detailgrad des gedruckten Objekts und dem Typ Ihres 3D-Druckers. Auf einem FFF-3D-Drucker wie dem Ultimaker dauert das Drucken eines kleineren Bauteils oder eines groben Prototyps nur wenige Stunden. Die meisten Teile sind am nächsten Tag fertig, wenn Sie den Drucker über Nacht laufen lassen. Wenn Sie einen sehr großen, detaillierten Druck benötigen, müssen Sie möglicherweise ein paar Tage warten.

Bei einigen 3D-Druckplattformen können Sie Ihren Druckauftrag überwachen. Dies erfolgt über die Ultimaker Digital Factory – und bei einem Drucker der Typen Ultimaker S3 oder Ultimaker S5 können Sie sogar den Fortschritt über einen Webcam-Feed verfolgen.

Sobald der Druckvorgang beendet ist, nehmen Sie das Teil aus dem Drucker heraus. Je nach ausgewähltem Material und je nach Druckvorgang können einige manuelle Schritte erforderlich sein, bevor es verwendbar ist. Bei einem FFF-3D-Drucker besteht diese „Nachbearbeitung“ oft nicht aus viel mehr Arbeit als dem Abziehen eines kleinen Materialrandes um das Teil herum. Andere Verfahren wie SLA oder SLS erfordern in der Regel eine aufwändigere Nachbearbeitung, zum Beispiel das Entfernen des losen Pulvers aus der Kammer eines SLS-Druckers.

Senden eines Remote-Druckauftrags im Büro
Mit der Ultimaker-Plattform können Sie einen Druck vorbereiten, einen Drucker mit Ihrer erforderlichen Einrichtung auswählen und dann den Druckauftrag senden – alles aus der Ferne. Holen Sie das Ergebnis einfach ab, wenn es fertig ist.

Sind 3D-Drucker einfach zu bedienen?

Dies kann von vielen Faktoren abhängig sein, aber im Allgemeinen ist der 3D-Druck eines der zugänglichsten Fertigungsprozesse, die es gibt. Im Vergleich zum Spritzguss oder der CNC-Bearbeitung sind 3D-Drucker eine viel einfachere Möglichkeit, Teile und Modelle herzustellen. Aus diesem Grund funktioniert der 3D-Druck überall als Desktop-Technologie, von Schulen bis hin zu Büros.

Aber es gibt ein paar Dinge, die Sie beachten sollten, damit Ihre Erfahrungen mit dem 3D-Druck ohne Probleme verlaufen:

  • Materialauswahl – vielleicht der wichtigste Bereich, in dem nicht alle 3D-Drucker gleich sind. Überprüfen Sie, welche Materialien ein 3D-Drucker drucken kann, sonst werden Sie schon bald überrascht feststellen, dass Sie nur auf ein oder zwei Materialien beschränkt sind. Noch schlimmer ist, dass einige Druckerhersteller Sie nur mit ihren eigenen Materialprodukten drucken lassen, so dass Sie für immer an diese gebunden sind. Suchen Sie nach einem 3D-Drucker, der mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel ist, einschließlich solcher von Drittanbietern, damit Sie die nahezu endlosen Optionen auf dem Markt nutzen und von mehr Innovationen profitieren können

  • Automation – bei jedem 3D-Druck sind potenziell Hunderte von Parametern und Konfigurationen beteiligt, wie z. B. die Druckertemperaturen, oder welchen Weg die Düse beim Aufbau des Drucks zurücklegt. Bei Ultimaker glauben wir jedoch nicht, dass dies die Komplexität für den Benutzer erhöhen sollte. Zum Beispiel werden unsere Materialspulen mit eingebetteten NFC-Chips geliefert, damit der Drucker weiß, was geladen ist. Vorkonfigurierte Druckprofile in unserer Software verkürzen die Einrichtungszeit für jeden Druck erheblich und Sie können den gesamten End-to-End-Prozess an einem Ort über die Ultimaker Digital Factory verwalten.

  • Support und Service – wenn etwas schief geht, kann das frustrierend sein und Ihre Produktivität beeinträchtigen. Vergewissern Sie sich also, dass Ihr 3D-Drucker mit umfassendem Support und einer Gewährleistung ausgestattet ist. Suchen Sie nach Problemlösungen, FAQs und anderen Ressourcen, damit Sie Probleme einfach selbst lösen und produktiv bleiben können.

Was brauchen Sie für den 3D-Druck?

Ihr 3D-Drucker sollte mit allem ausgestattet sein, was Sie brauchen, um sofort loslegen zu können. Nachfolgend sind die Grundlagen sowie die optionalen Extras aufgeführt, die man kennen sollte:

  • Einen 3D-Drucker – OK, das war ja klar.

  • Material – dieses sollte bei Ihrem Drucker im Lieferumfang enthalten sein, oder Sie können es bei 3D-Druck-Anbietern kaufen

  • Software – Einige Druckermarken bieten eigene Software, oder Sie müssen eine kompatible Anwendung finden. Beachten Sie, dass es zwei Arten von 3D-Drucksoftware gibt – Software für die Druckvorbereitung (bzw. für Slicing) und Software für das Druckermanagement (Druckaufträge).

  • Verbrauchsmaterialien – neben Materialien benötigt oder enthält Ihr 3D-Drucker evtl. weitere Verbrauchsmaterialien. Zum Beispiel Öle oder Fette für die Wartung oder Klebehilfen für das Druckbett. Bei Ultimaker ist alles, was Sie für den Anfang brauchen, im Karton enthalten

  • Werkzeuge (weitgehend optional) – einige 3D-Drucker benötigen ein oder zwei einfache Werkzeuge für Konfigurationsänderungen oder Wartungsarbeiten. (Auch hier ist bei Ultimaker alles Wesentliche im Karton enthalten). Andernfalls ist es hilfreich, einige Werkzeuge griffbereit zu halten, wenn Sie Ihre 3D-Drucker viel verwenden und Nachbearbeitungen von Drucken durchführen müssen. Wir haben einen Leitfaden für Werkzeuge für FFF 3D-Drucker erstellt

  • Peripheriegeräte (optional) – diese können weitere Funktionen für Ihren 3D-Drucker bereitstellen. Für einige unserer Drucker können Sie zum Beispiel auch einen Air Manager hinzufügen, der den 3D-Drucker umschließt und bis zu 95 % der UFPs (Feinstaubpartikel) filtert, oder eine Materialstation, die Filament in einer optimalen Umgebung lagert und automatisch Material nachlädt, wenn eine Spule zu Ende geht

Darüber hinaus benötigen Sie nur noch eine Stromversorgung und einen sauberen, sicheren Arbeitsbereich für Ihren 3D-Drucker. Weitere Tipps zu diesen Themen finden Sie in unseren kostenlosen, ausführlichen Whitepapers.

Wie kann ein 3D-Drucker zu Hause verwendet werden?

Hobbyisten und Unternehmer nutzen seit Jahren Desktop-3D-Drucker zu Hause, aber da auch Fernarbeit immer wichtiger wird, ist dies eine interessante Frage.

Generell werden die gleichen Einrichtungshinweise wie oben für einen Arbeitsplatz empfohlen. Aber denken Sie sorgfältig über zwei wichtige Aspekte nach – Sicherheit und Platz. SLS- und SLA-Drucker erfordern eine achtsame Verarbeitung gefährlicher Chemikalien, bevor ungenutztes Harz oder Pulver mit Ihrem Haushaltsabfall entsorgt werden kann. Und da der Platz in der Wohnung wahrscheinlich knapp ist, ist die Wahl eines Großformatdruckers wie des Ultimaker S5 Pro Bundle im Vergleich zu einem kleineren Gerät wie einem Ultimaker 2+ Connect oder Ultimaker S3 vielleicht nicht so praktisch.

Groß- und kleinformatige 3D-Drucker Seite an Seite
3D-Drucker unterscheiden sich stark in der Größe. Überprüfen Sie die Abmessungen, bevor Sie ihn an dem von Ihnen gewählten Ort installieren

Welche Materialien werden beim 3D-Druck verwendet?

Polymere aus Kunststoff sind das häufigste Material, das beim 3D-Druck verwendet wird. Aber auch die Verwendung anderer Materialien ist möglich. Es gibt zum Beispiel dedizierte Metall-3D-Drucker, aber diese stellen im Vergleich zu Polymerdruckern eine Nische im Markt dar. Und für Baumaterialien wie Beton werden bereits überdimensionale Maschinen auf Basis der 3D-Drucktechnologie entwickelt.

Die verbreiteten 3D-Druckertypen wie FFF und SLS können Mischungen von Polymeren und anderen Materialien (z. B. Metall, Glas oder Holz) drucken. Diese werden als Verbundmaterialien bezeichnet und bieten einige der Eigenschaften der gemischten Materialien.

Im Zusammenhang mit dem FFF-3D-Druck werden die Begriffe „3D-Druckmaterial“ und „3D-Druckfilament“ oft synonym verwendet. Das liegt daran, dass das Rohmaterial als dünnes Filament auf Spulen erhältlich ist.

In den folgenden Abschnitten betrachten wir einige 3D-Druckfilamente genaue nach den jeweiligen Kategorien.

3D-Druckmaterialien für Anfänger

PLA

PLA wird aus organischen, erneuerbaren Ressourcen abgeleitet und ist einfach zu drucken. Es ist das wichtigste Filament für Anfänger. PLA hat auch hervorragende optische Eigenschaften. Aber seine geringe Temperaturbeständigkeit und die Tatsache, dass sich die mechanischen Eigenschaften mit der Zeit verschlechtern können, bedeuten, dass PLA für funktionelle und mechanische Anwendungen oft übersehen wird.

PETG

Ein ausgewogener Mix von Eigenschaften hat PETG zu einem der am häufigsten verwendeten 3D-Druckmaterialien werden lassen. Man könnte es ohne weiteres als „Ingenieurmaterial“ bezeichnen, aber dank der guten Druckbarkeit ist es ebenfalls eine gute Option für Anfänger. Durch die Kombination von Schlagzähigkeit und chemischer Beständigkeit mit guten thermischen Eigenschaften und dem im Vergleich zu vielen anderen technischen Werkstoffen geringeren Preis ist es für viele Anwender das bevorzugte Filament für technische Anwendungen.

Technische 3D-Druckmaterialien

Nylon

Durch seine Chemikalienbeständigkeit und die Fähigkeit, erheblichen mechanischen Belastungen standzuhalten, ist Nylon eine vielseitige Wahl für Endnutzungsteile.

ABS

Im Vergleich zu PLA bietet ABS überlegene mechanische Eigenschaften und Hitzebeständigkeit. Daher ist es ein Material für anspruchsvollere Anwendungen. Mit einem kostengünstigeren, offenen 3D-Drucker kann es jedoch schwierig zu drucken sein. Eine geschlossene Baukammer und eine kontrollierte Temperatur sorgen für eine viel zuverlässigere Erfahrung.

Evaluating a 3D printed prototype
Visuelle Prototypen sollten gute ästhetische und taktile Eigenschaften haben
A 3D-printed end-use part in use
Endnutzungsteile erfordern Materialeigenschaften, die ihrer Anwendung entsprechen, wie z. B. verschleißfest oder schwer entflammbar

Flexible 3D-Druckmaterialien

TPU

Mit seinen gummiartigen Eigenschaften lässt sich TPU verdrehen und dehnen und hält auch Stößen problemlos stand.

PP

PP (oder Polypropylen) ist halbflexibel und ermüdungsfest und daher ideal für Anwendungen, die etwas Flexibilität benötigen, wie Scharniere oder Flüssigbehälter.

Spezielle 3D-Druck-Materialien

Verbundmaterialien

Diese Filamente kombinieren ein Polymer mit Fasern eines anderen Materials, um verbesserte Eigenschaften zu erzielen. Es gibt zwei Hauptkategorien. Technische Verbundmaterialien mit Glas-, Kohlenstoff- oder Metallfasern bieten verbesserte mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit. Und für einzigartige visuelle Eigenschaften gibt es verschiedene Verbundmaterialien wie Keramik- oder Holzfilamente für den 3D-Druck oder sogar fluoreszierende Filamente. (Hinweis: Die Fasern in Verbundwerkstoff-Filamenten können Abrieb (Abrasion) verursachen, prüfen Sie also vor der Verwendung, ob Ihr Drucker kompatibel ist).

Obwohl sie sich manchmal mit den oben genannten Kategorien überschneiden, gibt es auf dem Markt noch viele weitere spezielle 3D-Druckfilamente zu entdecken, wie z. B. ESD-sichere oder schwer entflammbare Materialien.

Stützmaterialien

Wir erklären zunächst kurz, was Stützmaterialien sind.

Jede neue Schicht eines 3D-Drucks erfordert eine darunter liegende Schicht, auf die sie aufbaut, und die sie stützt. Probleme entstehen dann, wenn das Design eines Drucks einen Überhang/Überstand oder ein Element erfordert, das in der Luft hängend platziert ist. Diese Materialien stützen solche Elemente nur während des Druckvorgangs; danach werden sie entfernt. Es können auch Stützen gedruckt werden, die aus dem gleichen Material bestehen wie der Rest des Drucks, deren Entfernung jedoch kann die Oberflächenqualität und die Maßhaltigkeit beeinträchtigen. Um dies zu vermeiden, wurden spezielle Stützmaterialien entwickelt.

Lösliches Stützmaterial

Lösliche Trägermaterialien können in einer Flüssigkeit aufgelöst werden. So besteht nicht die Gefahr, das Teil bei der manuellen Entfernung zu beschädigen. PVA-Trägermaterial löst sich in Wasser auf, während HIPS das Lösungsmittel d-Limonen benötigt.

Breakaway

Irgendwo zwischen den bisher genannten Optionen liegt ein Material wie Ultimaker Breakaway, ein reines Stützmaterial, das manuell entfernt wird. Dies beschleunigt den Prozess, da die Wartezeit für den Lösungsvorgang wegfällt, und die Maßhaltigkeit des Teils bleibt erhalten.

3D print with and without support material
Ein 3D-gedrucktes Teil mit Stützmaterial (links) und nach dem Entfernen des Stützmaterials (rechts)

Preise von 3D-Druckern: Erklärung aller Kosten

Jetzt wissen Sie, wie der 3D-Druck funktioniert. Lassen Sie uns über Geld sprechen. Ein 3D-Drucker sollte eine langfristige Anlage für Ihr Unternehmen sein, die noch Jahre nach dem Kauf einen Mehrwert bietet.

Diese hohe Investitionsrendite ist ein Vorteil, der den 3D-Druck von anderen Lösungen wie dem Outsourcing abhebt. Wie bei jedem langfristigen Vermögenswert lohnt es sich jedoch, alle mit dem Besitz eines 3D-Druckers einhergehenden Kosten zu kennen, und auch die Ausgaben, die Sie für die Zukunft einplanen müssen.

Die folgende Liste sollte Ihnen helfen, die Kostenstruktur zu verstehen, wie sich die Kosten je nach der Technologie unterscheiden, und welche einmalig sind oder wiederkehrend sind. (Die Preise sind Richtwerte und können sich ändern – wir empfehlen daher, selbst zu recherchieren).

  • Preis des 3D-Druckers – bei so vielen Produkten auf dem Markt, für den Heimanwender bis hin zu den F&E-Abteilungen von Blue-Chip-Unternehmen, variieren die Preise sehr stark. Typischerweise gibt es bei FFF die größten Preisunterschiede, von Hobbygeräten, die ein paar hundert Dollar kosten, bis hin zu leistungsfähigeren Desktop-Druckern im Bereich von 2000 bis 6000 US-Dollar. Desktop-SLA-Drucker beginnen ab ca. 2000 bis 3000 USD, während ein SLS-Drucker in der Regel 10.000 USD und mehr kostet. Größere Industriemaschinen jeglicher Technologie kosten deutlich mehr

  • Peripheriegeräte – diese können zusätzliche Funktionalität bieten, aber auch zusätzliche Kosten verursachen. Peripheriegeräte für die Nachbearbeitung sind für SLA- und SLS-Drucker fast unerlässlich. SLA-Drucke zum Beispiel müssten ansonsten manuell in Isopropylalkohol gewaschen und in die Sonne gelegt werden, um sie zu härten. Natürlich ist so eine Arbeitsweise möglich, in der Praxis jedoch sollten für diese Drucker besser Nachbearbeitungsstationen erworben werden. Bei FFF können Peripheriegeräte Arbeitsabläufe wie z. B. das Material-Handling rationalisieren, dies ist aber abhängig von Ihren Anforderungen

  • Wartung und Service – in der Regel sollte dies nur die Kosten für den Austausch des einen oder anderen Verschleißteils im Laufe der Zeit betreffen. Überprüfen Sie, welche Unterstützung Ihr Verkäufer als im Preis inbegriffen versteht – er kann z. B. Installation und Wartung anbieten. Einige Produkte werden auch mit erweiterten Garantieoptionen oder einem jährlichen Serviceplan angeboten. Diese Pläne können für einige Kunden Sicherheit bieten, aber lesen Sie unbedingt das Kleingedruckte genau durch, um die Bedingungen zu verstehen und genau zu wissen, welche Unterstützung Sie erhalten, wenn etwas schief geht

  • Energie – bei regelmäßiger Nutzung eines Ultimaker 3D-Druckers haben wir berechnet, dass diese Kosten etwa 50 USD pro Jahr ausmachen. Wenn Sie jedoch eine genauere Zahl wünschen, prüfen Sie die Angaben zum Stromverbrauch eines 3D-Druckers und führen Sie eine Berechnung auf der Grundlage Ihres wahrscheinlichen Verbrauchs und der örtlichen Energiepreise durch

  • Materialien – Betrachten Sie Materialkosten wie Benzin für Ihr Auto. Für sich genommen sind diese Kosten zwar nicht beträchtlich, aber langfristig gesehen wird es eine der größten laufenden Kosten sein. Für den FFF 3D-Druck kostet ein Allround-Filament wie PLA oder PETG etwa 20 bis 50 USD pro Kilogramm oder 60 bis 120 USD für spezielles Engineering oder für Stützmaterialien. SLA-Harze der Einstiegsklasse kosten etwa 50 USD pro Liter, die meisten professionellen Optionen kosten etwa 150 bis 400 USD. SLS-Pulver kann etwa 100 bis 200 USD pro Kilogramm kosten

  • Software – Die meisten professionellen 3D-Drucker werden mit einer dazu gehörigen Software geliefert, damit Sie Ihre Drucke vorbereiten und Drucker verwalten können. Viele preiswertere 3D-Drucker werden nicht mit geeigneter Software geliefert, aber zum Glück ist unsere Ultimaker Cura-Software mit Hunderten von Geräten kompatibel und kann kostenlos heruntergeladen werden. Und wenn Sie den 3D-Druck wirklich in Ihrem Geschäftsbereich oder sogar im gesamten Unternehmen skalieren möchten, sollten Sie einen Enterprise-Softwareplan mit zusätzlichen Funktionen wie direktem Support, Online-Schulungskursen und Cloud-Speicher für Ihre Teile und Projekte in Erwägung ziehen.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Whitepaper zu den Gesamtbetriebskosten, das Sie kostenlos herunterladen können.

A 3D printer with software and material products
Ein 3D-Drucker ist Teil eines Ökosystems, das Peripheriegeräte, Materialien und Software umfasst – entweder vom Hersteller oder von Drittanbietern

Sind Sie bereit für den 3D-Druck?

Wir hoffen, dass Sie diesen Leitfaden zu den Grundlagen des 3D-Drucks hilfreich fanden.

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