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3D-Drucker: Alle wichtigen Informationen für den Einstieg

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Dank verbesserter Hardware, neuer Verfahren und sinkender Preise sind 3D-Drucker für immer mehr Einsteiger interessant. TechStage zeigt, worauf es ankommt.

3D-Druck ist ein sehr allgemeiner Begriff. In diesem Grundlagenartikel versuchen wir Klarheit zu schaffen und zu klären, welche Druck-Technologien es gibt, wie sie sich unterscheiden und was alles für ein erfolgreiches Druckergebnis nötig ist.

Dieser Artikel erscheint in unserer Themenwelt 3D-Drucker, dort haben wir Einzeltests von Geräten wie dem Tronxy X5SA Pro (Testbericht), dem Elegoo Mars (Testbericht) oder dem Longer Orange 30 (Testbericht) und Ratgeber zur Ender-3-Serie oder zu Themen wie Filament, Resin und Zubehör.

Alle 3D-Drucker für den Privatgebrauch bauen Objekte schichtweise auf. Der Ablauf beginnt immer mit dem eigentlichen 3D-Modell; der Druckvorlage. Diese, meist STL-Datei, wird entweder selbst mit einem CAD-Programm gezeichnet oder aus einer der zahllosen Online-Datenbanken heruntergeladen.

Das Objekt wird vor dem eigentlichen Druckvorgang in dünne, aufeinandergestapelte, zweidimensionale Schichten (Layer) unterteilt. Dies geschieht in der sogenannten Slicing-Software. Die Objektdaten werden anschließend mit einer Reihe anderer Anweisungen, wie beispielsweise den Abmessungen, der Schichtdicke oder dem Arbeitstempo, in Maschinensprache umgewandelt und an den Drucker übertragen. Dies geschieht per WLAN, USB-Kabel, USB-Stick oder Speicherkarte.

Ein FDM-Drucker bei der Arbeit.

Ab hier variiert die weitere Funktionsweise je nach Druckverfahren. Beim FDM-Druck (Fused Deposition Modeling) wird Kunststoff-Filament geschmolzen und auf der Druckplattform aufeinandergeschichtet, um ein fertiges 3D-Objekt zu erhalten. DLP- oder Resin-Drucker arbeiten hingegen mit flüssigem Harz, welches unter UV-Licht schichtweise aushärtet, um Objekte zu erstellen. Ob ein Objekt massiv, halbmassiv oder ausgehöhlt gedruckt wird, bestimmt der Anwender in der Software.

Der Zeitaufwand ist bei beiden Verfahrensarten hoch. Ein Druckvorgang dauert in der Regel mehrere Stunden. Während nur wenige Zentimeter große Drucke nach ein bis vier Stunden fertig sind, brauchen große Objekte 48 Stunden und länger.

Neben den Abmessungen spielen bei der Dauer auch das verwendete Material und die Druckauflösung eine große Rolle. Einen Unterschied gibt es hier aber zu erwähnen. Bei Resin-Druckern ist die Druckdauer lediglich von der Höhe des Objektes abhängig. Die Abmessungen auf x- und Y-Achse sind unerheblich. So ist es egal, ob beispielsweise nur eine Schachfigur auf einmal gedruckt wird, oder ob die komplette Druckplatte damit gefüllt wird. Bei FDM-Druckern beeinflussen alle drei Achsen die Druckdauer. In der Praxis heißt das, dass vier Schachfiguren auch viermal länger brauchen, als nur eine.

Links ein Druck aus Filament mit einer Schichtdicke von 0,2 mm. Rechts der DLP-Druck mit einer Schichtstärke von 0,05 mm.

FDM-Drucker sind insgesamt günstiger, weiterverbreitet und erlauben größere Druckobjekte. Die übliche Schichtdicke, mit der die Drucke aufgebaut werden, beträgt 0,1 mm bis 0,4 mm; Der Bauraum misst zwischen 20 x 20 x 20 cm bis 30 x 30 x 40 cm. Wenn die Mechanik der Drucker ordentlich aufgebaut ist, sind zwischen den Druckvorgängen nur regelmäßige Kalibrierungen der Druckplattform nötig. Die Druckerzeugnisse sind nach dem Abkühlen voll belastbar. Diese Drucker gibt es fertig aufgebaut, wie den Qidi X-Plus (Testbericht) oder als Bausatz. Während einige dieser Bausätze, wie der Tronxy x5SA Pro (Testbericht) aus sehr vielen Einzelteilen bestehen, kommen andere Modelle, wie der Anet ET5 Pro (Testbericht), weitgehend vormontiert zum Kunden.

DLP-Drucker arbeiten mit Schichtdicken zwischen 0,01 und 0,05 mm deutlich genauer, sind dafür auch teurer – sowohl in der Anschaffung als auch beim Verbrauchsmaterial. Die maximale Druckabmessungen betragen bei Druckern wie den Elegoo Mars (Testbericht) lediglich 12 x 16 x 7 cm. Auch wenn es mittlerweile DLP-Drucker mit größerem Bauraum gibt, im Vergleich zu FDM-Druckern, ist der Bauraum deutlich kleiner. Dafür kommen die Resin-Drucker vormontiert zum Käufer. Ein wichtiger Aspekt beim Druck mit flüssigem Harz ist der insgesamt größere Arbeitsaufwand. So müssen die Druckerzeugnisse nach dem eigentlichen Druckvorgang aufwendig gereinigt und nachgehärtet werden. Außerdem ist das Tragen von Handschuhen und Atemschutzmaske Pflicht. Spezielle Wasch- und UV-Härtekammern wie die Wash&Cure-Station von Anycubic (Testbericht) erleichtern diese Nachbearbeitung.

Links und in der Mitte der Bauraum von FDM-Druckern. Rechts die maximale Druckgröße eines günstigen Resin-Druckers.

Beide Druckverfahren haben ihre Vor- und Nachteile. Wer beispielsweise große Modelle am Stück drucken möchte, kommt um einen FDM-Drucker nicht herum. Geht es hingegen um maximale Präzision und kaum erkennbare Schichtdicke, sind DLP-Drucker der richtige Weg. Genauere Details erklären wir im Artikel UV-Harz oder Kunststoff-Filament: 3D-Drucker im Vergleich. Bei beiden Verfahren gilt: Ansehnliche Ergebnisse gibt es nur mit den richtigen Druckeinstellungen und einer exakt kalibrierten Druckplattform.

Wer sein Druckteil von Grund auf selbst Zeichnen möchte, braucht eine CAD-Software wie beispielsweise das kostenlose FreeCAD oder das zumindest teilweise kostenlos benutzbare Fusion360. Das fertige Modell wird dann als STL-Datei exportiert, um weiterverarbeitet werden zu können. Die Bedienung dieser technischen Zeichenprogramme ist allerdings nicht trivial und kostet viel Einarbeitungszeit.

Für den Einstieg ins Thema 3D-Druck bieten sich deshalb die zahllosen kostenlosen Druckvorlagen aus Online-Datenbanken wie Thingiverse oder Myminifactory an. Neben kreativen Arbeiten finden sich hier zahllose sinnvolle Funktionsteile für Heim und Hobby. Vom Ersatzteil für den PKW, Handyhalterungen, über Tür-Stopper bis hin zum kompletten Actioncam-Zubehörpaket ist hier fast alles zu finden. Darüber hinaus gibt es mittlerweile einige Möglichkeiten per Online-Konfigurator gewisse Dinge selbst zu individualisieren. So sind neben dem personalisierten Namensschild auch komplexere Dinge, wie selbstgestaltete Lampenschirme, in Minuten umsetzbar – auch für absolute 3D-Laien. Die Objekte müssen nun nur noch vorbereitet werden. Neben der Schichtdicke wird hier auch die eigentliche Druckgröße oder das Motiv festgelegt.

Die Slicing-Software die zur Verarbeitung der 3D-Daten notwendig ist, hängt vom genutzten Drucker ab. Während einige wenige Hersteller, wie beispielsweise xyz-Printing oder Nova3d, auf eigene Software und Dateiformate setzen, arbeiten die allermeisten Geräte mit kostenlos erhältlicher Freeware und Standard-Formaten. Einige Hersteller wie Tronxy haben zwar eine eigene Slicing-Software, sind aber voll zu anderen Programmen kompatibel. Im Bereich FDM-Druckverfahren ist hier die Software Cura am weitesten verbreitet; bei den Resin-Druckern heißt die bekannteste Software Chitubox. Die größten Vorteile dieser beiden kostenlosen Programme, sind die jeweils riesige Community und die gute Funktionalität in Verbindung mit einer riesigen Auswahl an Einstellungen.

Anbei eine kurze Bilderstecke, die die Umwandlung einer STL-Datei in ein Drucker-konformes Format zeigt.

Slicing-Software (21 Bilder)

Zuerst wird ein 3D-Objekt benötigt. Online gibt es zahllose kostenlose Vorlagen.

Sowohl für FDM-Drucker als auch für die DLP-Drucker gibt es in verschiedene Druckmaterialien – letztlich handelt es sich immer um irgendeine Form von Kunststoffverbindung. Diese verschiedenen Materialien haben nicht nur unterschiedliche Eigenschaften in Sachen Stabilität, Gewicht und Hitzebeständigkeit, sie benötigen auch unterschiedliche Settings in der Slicing-Software.

Bei FDM-Druckern ist die Auswahl in Sachen Verbrauchsmaterial sehr groß – insbesondere Mischformen mit Stein-, Holz- oder Karbonanteil sind für spezielle Anwendungen extrem praktisch. Während der Verarbeitung unterscheiden sich die Filamente insbesondere durch die benötigten Temperaturen für Druckkopf und Druckbett. Während einige Filament-Sorten, wie PLA oder Holz-Filament verhältnismäßig einfach zu handhaben sind, ist bei anderen Stoffen, wie ABS oder Nylon, deutlich mehr Feingefühl nötig, um ein ordentliches Ergebnis zu erzielen. Mehr dazu in unseren Ratgebern 3D-Drucker: Welches Filament für welchen Einsatzzweck und Stein, Metall, leitend: Exotische Filamente für 3D-Drucker.

Bei DLP-Druckern unterscheidet sich in erster Linie die Belichtungszeit des Harzes. Die Auswahl an Herstellern ist zwar groß, die Vielfalt an unterschiedlichen Arten ist aber deutlich geringer als beim Filament. Allerdings gibt es auch hier Sonderformen wie beispielsweise flexibles Resin. Letztlich ist die Handhabung immer die gleiche – hier unterscheidet sich nur die Druckzeit.

Bei beiden Druckverfahren sollte ein geeigneter Raum zur Verfügung stehen. Dieser sollte über eine Belüftungsmöglichkeit verfügen und über eine durchschnittliche Raumtemperatur (20 bis 26 Grad) verfügen. Beim FDM-Druck ist das Hauptproblem die teils hohe Geräuschentwicklung der Lüfter. Einige Materialien, wie ABS, können zudem unangenehm riechen. Bei der Arbeit mit Resin-Druckern ist nicht die Lautstärke, sondern der Geruch problematisch. Außerdem darf es nicht zu kalt sein, da beim Druck mit Harz sonst zu Problemen kommt. Wohnzimmer- oder Bürotauglich sind beide Technologien nicht, schließlich können Druckvorgänge mehrere Tage dauern.

Für FDM-Drucke ist außer Drucker, Filament und Slicing-Software kein weiteres Zubehör nötig. Zwar ist es sinnvoll, eine Spachtel zum Lösen des fertigen Objektes vom Druckbett zu haben, diese gehört aber üblicherweise zum Lieferumfang. Das benötigte Werkzeug für Wartung und Instandhaltung (Festziehen von Schrauben) ist in der Regel ebenfalls beigepackt.

Folgend eine Bilderstrecke zum Zusammenbau des FDM-Druckers Tronxy x5SA Pro.

Tronxy X5SA Pro (41 Bilder)

Der Lieferumfang.

Für die Arbeit mit einem Resin-Drucker sind neben Verbrauchsmaterial und Rechner mit Slicing-Software noch weitere Dinge nötig. Neben Spachtel und Werkzeug für die Ausrichtung der Druckplattform gehören üblicherweise auch einige Sätze Schutzausrüstung zum Lieferumfang. Atemschutzmaske und Einmal-Handschuhe sind wichtig, denn das flüssige Harz riecht nicht nur unangenehm, sondern ist auch gesundheitsgefährdend. Für die Reinigung der fertigen Druckerzeugnisse ist ein Waschgang im Isopropanol-Bad nötig. Alternativ gibt es mit Wasser abwaschbare Harze. Das bei der Reinigung verwendete Wasser darf aber keinesfalls in den Wasserkreislauf gelangen, sondern muss beim Wertstoffhof entsorgt werden! Anschließend muss der Druck noch unter einer geeigneten UV-Lampe nachhärten. Um nicht verbrauchtes Resin erneut zu verwenden sind dann noch feine Lacksiebe nötig, um Verunreinigungen zu entfernen. Für das komplette Prozedere empfehlen wir eine großzügige Arbeitsunterlage und beispielsweise die Wash&Cure-Station von Anycubic (Testbericht). Weiteres Zubehör stellen wir im Ratgeber Das wichtigste Zubehör für Resin-Drucker vor. Neben Standard-Harzen gibt es auch hier Verbrauchsmaterial mit speziellen Eigenschaften, die Auswahl ist aber deutlich kleiner als beim Filament. Mehr dazu im Artikel Flex-Resin: Mehr Elastizität bei SLA-Druckern. Wie sehr sich die Settings von augenscheinlich ähnlichen Resins unterscheiden, zeigt unser Artikel Fünf Harze für SLA-Drucker im Test.

Die Arbeit mit Resin-Druckern ist insgesamt deutlich aufwändiger.

Wer sich für einen möglichst bequemen Einstieg ins Hobby entscheidet, landet zwangsläufig bei einem FDM-Drucker. Wer sich rein auf das Drucken konzentrieren will, sollte sich den fertig aufgebauten Qidi X-Plus (Testbericht) genauer ansehen. Hier heißt es auspacken uns Loslegen. Deutlich günstiger und trotzdem unkompliziert im Aufbau ist beispielsweise der vormontierte Bausatz des Anet ET5 Pro (Testbericht). Ist ein möglichst großer Druckraum nötig, empfehlen wir den Selbstbausatz des Tronxy X5SA (Testbericht) oder X5SA Plus (Testbericht).

Geht es vorrangig um Detailtreue, beispielsweise für kleine Tabletop-Spielfiguren, kommt letztlich nur ein Resin-Drucker wie der Longer Orange 30 (Testbericht), der Elegoo Mars (Testbericht) oder der Nova3d Elfin (Testbericht) in Frage. Hier empfehlen wir den Artikel Drei Resin-Drucker im Vergleich.

Der Einstieg in die Welt der 3D-Drucker ist mit beiden Druckverfahren Verfahren auch für Anfänger möglich – wenn man bereit ist, sich mit der Materie auseinanderzusetzen. Ganz ohne Hintergrundwissen funktioniert keine der beiden Methoden, dafür ist das Thema schlicht zu komplex.

Benötigt werden ein Drucker samt Verbrauchsmaterial und ein Rechner zum Vorbereiten der 3D-Vorlagen. Diese können entweder selbst erstellt oder aus dem Internet heruntergeladen werden. Bei Verwendung eines DLP-Druckers ist zusätzlich Equipment für die Nachbearbeitung nötig.

Insgesamt empfinden wir FDM-Drucker als geeigneter für Einsteiger. Das liegt zum einen an den niedrigeren Anschaffungs- und Unterhaltskosten, als auch am insgesamt niedrigeren Aufwand im Vergleich zur Arbeit mit Harz. Wie sich günstige und teure Modelle unterscheiden, zeigt unser Ratgeber.

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