3D-Druck ganz einfach

Wenn die Dinger nur nicht so gross wären! Dann gäbe es keinen Grund mehr, sich keinen 3D-Drucker anzuschaffen. Doch wenn er einmal da ist, wird das Gerät schnell zum Liebling der Familie, weil er den Haushalt und den Alltag bei jeder Gelegenheit verbessern kann. Vergangene Woche druckte er einen Gewürz­einsatz, der perfekt in die Küchenschublade passt. Heute produziert er eine schicke Vase und morgen einen praktischen Monitorständer mit integrierten Schubladen, Bild 1.

Doch vor allem ist der Unterhaltungswert enorm. Neues Spielzeug gefällig? Der 3D-Drucker spart nicht nur viel Geld; vielmehr werden sich die Kinderaugen nur schwer vom magischen Vorgang lösen, wenn das Objekt der Begierde schichtweise zur Realität wird. Allerdings ergeht es den Erwachsenen auch nicht anders. Und wenn die Modelle selbst bemalt werden, ist der Sonntagnachmittag ein voller Erfolg. Doch dieses Beispiel kratzt höchstens an der Oberfläche.

Der Drucker

Der Aufbau eines 3D-Druckers ist leicht zu durchschauen. Am unteren Ende befindet sich die Heizplatte; ihre poröse Oberfläche hält das Modell an Ort und Stelle, Bild 2 A. Die Platte bewegt sich horizontal, während sich der Druckkopf B, Schicht für Schicht in die Höhe arbeitet. Beim gezeigten Modell handelt es sich um einen A1 Combo von Bambu Lab, der oft schon für weniger als 400 Franken angeboten wird.

Tipp: Die Druckplatte bestimmt die maximale Grösse des Modells. Mini-Drucker sind zwar angenehm kompakt. Doch um der Flexibilität willen sollte die Druckplatte mindestens 25 × 25 Zentimeter gross sein. Sonst kommt es immer wieder vor, dass Modelle von der Slicer-Software zerschnitten werden müssen, was die Sache unnötig kompliziert macht und zu unschönen Nähten führt.

Auch wichtig: Einige preiswerte Drucker verwenden nur eine Zuleitung. Das heisst: Bei jedem Farb- oder Materialwechsel muss die Spule manuell getauscht werden, was nach kürzester Zeit zur Nervenprobe wird. Ein AMS (Automatic Material System) hält mehrere Spulen und ist unverzichtbar, wenn der Spass lange währen soll C. Der Preisunterschied liegt bei etwa 200 Franken.

Filamente

Was dem Laserdrucker sein Toner ist, ist dem 3D-Drucker sein Filament. Dieses Material wird auf einer Spule geliefert und über Schläuche zum Druckkopf geführt D. Dort wird das Filament erhitzt und schichtweise in ein dreidimensionales Objekt verwandelt. Eine Schicht ist typischerweise etwa 0,2 Millimeter bis 0,4 Millimeter hoch.

Das wichtigste Filament: PLA

Filamente gibt es in unzähligen Ausführungen, deren Beschreibung hier jeden Rahmen sprengen würde. Nur so viel: Die meisten Druckvorhaben werden Sie zu Beginn mit PLA (Polylactid) realisieren. Der Grundstoff wird aus Milchsäure hergestellt, die wiederum aus Maisstärke oder Zuckerrohr extrahiert wird. Oder anders gesagt: PLA ist ungefährlich, ungiftig und genau genommen auch lebensmittelecht. PLA ist relativ einfach zu lagern und wird in unzähligen Farben angeboten: mit Farbverläufen innerhalb derselben Spule, mit Metallic-Effekten, fluoreszierend oder mit anderen speziellen Eigenschaften, die allerdings die Lebensmittelechtheit infrage stellen können, Bild 3.

Und schliesslich ist PLA günstig: Eine Spule mit einem Kilogramm kostet etwa 15 Franken. Viel billiger sollte es allerdings nicht sein, denn sonst entspricht die Qualität des Druckes vielleicht nicht den Erwartungen. Bereits eine Spule reicht für zahlreiche Modelle, die oft nur wenige Gramm wiegen. Was die Anschaffung von Filament hingegen so teuer macht, ist der unbändige Wunsch, möglichst viele Farben zu horten – denn man weiss nie.

In trockenen Tüchern

Obwohl PLA zu den pflegeleichtesten Filamenten überhaupt gehört, kann es beim Drucken zu Problemen oder Qualitätseinbussen kommen, wenn es durch die Lagerung Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt. Idealerweise wird es vakuumiert gelagert. Trotzdem gehört ein Filament-Trockner in jede Druckwerkstatt: Diese Geräte arbeiten wie bessere Dörrautomaten und sorgen dafür, dass das Material nach etwa sechs bis acht Stunden wirklich trocken ist. Zu den typischen Vertretern gehört der Space Dryer X4 von Creality, der vier Spulen gleichzeitig aufnimmt, Bild 4. Modelle für nur eine oder zwei Spulen sind auch für unter 50 Franken zu haben.

Spezielle Filamente

Andere Filamente müssen speziellen Anforderungen gerecht werden. So ist ASA (Acryl­ester-Styrol-Acrylnitril) etwas robuster und belastbarer als PLA und zudem UV-beständig: Das ist ideal, wenn das Modell draussen verwendet wird, etwa für ein Vogelhäuschen. 

PVA (Polyvinylalkohol) löst sich in Wasser auf: Es wird für komplexe Stützstrukturen mit starken Überhängen eingesetzt, die sich nach dem Druck wortwörtlich ausbaden lassen. Allerdings ist die Lagerung von PVA anspruchsvoll, denn bereits die Luftfeuchtigkeit reicht aus, um das Filament nach kurzer Zeit zu ruinieren.

Und dann gibt es noch TPU (thermoplastisches Polyurethan) – ein sehr elastisches Filament, das sich wie Kautschuk anfühlt und mit dem sich Smartphone-Hüllen oder sogar robuste Freizeitschuhe drucken lassen, Bild 5. Allerdings benötigt TPU etwas mehr Erfahrung im 3D-Druck, etwa bei der Filament-Führung und dem Drucktempo.

Die Slicer-Software

Die Slicer-Software übernimmt alle Aufgaben, mit denen sich der Mensch nicht beschäftigen möchte. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, das 3D-Modell vertikal in feine Scheiben zu schneiden («to slice»). Denn ironischerweise versteht ein 3D-Drucker überhaupt kein 3D; er kann dem Modell lediglich schichtweise Leben einhauchen, während die Software die Denkarbeit übernimmt, Bild 7.

Tipp: 3D-Modelle werden in den Formaten STL oder 3MF in die Slicer-Software geladen. Aus welcher Quelle die Modelle stammen, spielt keine Rolle. Das 3MF-Format gilt als das modernere, weil es zum Beispiel auch Farb­informationen speichern kann. Allerdings kann genau dieser Vorzug den Prozess und die Filament-Auswahl für Anfänger komplizierter machen. Deshalb sollten Sie sich während der ersten Zeit an das STL-Format halten.

Doch da ist noch viel mehr. Die Slicer-Software schneidet zu grosse Modelle in kleinere Teile, inklusive Öffnungen und Zapfen für das spätere Zusammensetzen. Sie kann den Druck anhalten und fortsetzen, das Filament automatisch austauschen oder mit einem Klick Stützen einbauen, um überhängende Elemente zu ermöglichen. Zudem reduziert sie den Filament-Verbrauch massiv: Wenn etwa eine Box gedruckt wird, bestehen die Wände nicht aus massivem Filament, sondern weisen im Inneren eine Wabenstruktur auf, die nebenbei für eine optimale Stabilität sorgt.

Es gibt Enthusiasten, die der Slicer-Software auch die letzte Optimierung abringen wollen und dabei in den wildesten Einstellungen wühlen. Doch das ist keine Pflicht. Sobald Sie wissen, wie das Filament ausgewählt und der Druckvorgang gestartet wird, lassen sich 3D-Modelle fast so einfach drucken wie ein PDF. 

Wichtig ist, dass der technische Ballast zu Beginn möglichst reduziert wird. Nur eines ist sicher: Selbst die einfachsten Drucker bieten ein fast unüberschaubares Potenzial durch die Software, sodass man an dieser jahrelang wachsen kann.

Starthilfe für die Fabrik

Nun zum interessantesten Teil, der Antwort auf die Frage: «Was soll ich denn drucken?» Ein Toaster ist ein Toaster – und der erfüllt seinen klar definierten Zweck. Mit der Anschaffung eines 3D-Druckers steht hingegen eine kleine persönliche Fabrik in der Ecke, die nur darauf wartet, die Produktion aufzunehmen. Diesen Gedanken muss man als Einsteiger sacken lassen: «Ich bin jetzt ein Fabrikant!» Aber auch das beantwortet die Frage nicht

• printables.com fokussiert auf hochwertige Modelle und einen starken Community-Austausch. Die Seite wird vom europäischen Druckerhersteller Prusa Research betrieben. Die kostenlose Software Prusa Slicer für Windows, macOS und Linux finden Sie unter der Webadresse go.pctipp.ch/3492.
• makerworld.com gehört zum chinesischen 3D-Druckerhersteller Bambu Lab, der sich langsam zum Platzhirsch mausert. Die unzähligen Modelle lassen sich direkt in der hauseigenen Software BambuStudio auswählen und drucken. Der Download unter dem Link go.pctipp.ch/3493 ist ebenfalls kostenlos (für Windows und macOS).
• thingiverse.com besticht mit einer Auswahl von über 2,5 Millionen kostenlosen Modellen. Als älteste und bekannteste Plattform hat sie sich als zentrales Archiv für eine enorme Bandbreite an Open-Source-Designs etabliert. Auch wer nach Ersatzteilen für Reparaturen sucht, sollte seine Suche auf dieser Seite starten.

Tipp: Es spielt keine Rolle, von welcher Website ein Modell stammt oder mit welcher Slicer-Software es gedruckt wird, solange die Daten im STL- oder 3MF-Format vorliegen.

Parametrische Modellierer

Wer nicht selbst modelliert, ist auf die Werke von anderen angewiesen – aber das heisst nicht, dass keine Anpassungen möglich sind. Eine besondere Kategorie bilden die «parametrischen Modellierer», die auf OpenSCAD basieren. Dabei lassen sich die Eigenschaften einfach durch numerische Eingaben ändern, Bild 10 A. Wenige Sekunden später steht ein neues Modell zum Download bereit B. Dabei kann es sich um eine Vorratsdose mit Schraubdeckel handeln (Modell: go.pctipp.ch/3494) oder um simple Kleiderknöpfe, von denen man immer die falschen in einer Kiste sammelt (Modell: go.pctipp.ch/3495).

Diese Modelle laufen zum Beispiel auf der Website makerworld.com, aber nicht innerhalb der BambuStudio-Software. Um ein Modell zu modifizieren, reicht ein Klick auf die Schaltfläche Anpassen. Danach werden die Werte geändert. Mit einem Klick auf Generate entsteht das neue Modell C.

• Gridfinity: Wer nach Ordnung für seinen Krimskrams sucht, wird unweigerlich auf Gridfinity stossen: ein modulares Aufbewahrungssystem von Zack Freedman. Dabei bildet ein genormtes Raster die Grundlage, in dem sich beliebige Blöcke in unterschiedlichen Grössen einsetzen lassen – fast genauso, wie man es vom Spiel Tetris kennt.
  Wer bei einer der genannten Webseiten nach Gridfinity sucht, wird von der Auswahl förmlich erschlagen. Die Kunst besteht jedoch darin, zuerst eine Basisplatte herzustellen, die perfekt in die eigenen Schubladen und Ablagen passt. Für solche Zwecke gibt es kaum etwas Besseres als den parametrischen Modellierer des Makerworld-Users Molodos, zu finden unter go.pctipp.ch/3496: Die flexiblen Ränder sorgen dafür, dass jeder Stauraum optimal genutzt wird.
• Ikea: Und dann sind da noch die Produkte von Ikea, die sich in der 3D-Szene besonderer Beliebtheit erfreuen. Das erstaunt nicht weiter: Die Möbel existieren oft schon millionenfach in unveränderter Form. Das macht es einfach, sich auf die exakten Masse einzuschiessen, etwa die Kallax-Gestelle mit ihren Schubladen und Ablagen. Den Gipfel erreicht vermutlich das Lochplatten-System Skådis: Genau wie die Grundplatte von Gridfinity bildet sie nur die Basis; und so hängt nach kürzester Zeit alles an der Wand, was nicht bis drei auf den Bäumen ist (go.pctipp.ch/3497). Und falls keine Ikea-Filiale in der Nähe ist, wird die Grundplatte natürlich selbst gedruckt, wenn auch vielleicht nicht ganz so gross: go.pctipp.ch/3498.

Fazit: die eigene Fabrik

Der grosse Schritt beim 3D-Druck besteht darin, von der Konsumenten- zur Produzentenseite zu wechseln. Das bedingt, dass sich die Sichtweise auf Alltagsgegenstände um 180 Grad dreht. Doch gerade das macht die Faszination dieses spannenden Hobbys aus – und sorgt mit der Zeit für immer mehr Einsatzgebiete, ohne dass ein Ende der Fahnenstange zu erkennen ist.