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3D-Drucker am PC: Grundlagenwissen zum neuen Megatrend

Lesezeit: 4 Minuten Die PC-Technik umfasste auf Seiten der Peripherie als Standardgerät immer schon die unterschiedlichsten Druckertypen und -verfahren. Wurde bislang allerdings auf eine zweidimensionale Fläche gedruckt, so kommt bei den neuen 3D-Druckern nun die dritte Dimension hinzu. In diesem Beitrag finden Sie das nötige Grundlagenwissen zum Megatrend 3D-Druck.

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3D-Drucker am PC: Grundlagenwissen zum neuen Megatrend

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Drucker und PC – eine innige Zusammenarbeit

An praktisch jedem Desktop-PC findet sich auch ein Drucker. Ob Nadeldrucker, Tintenstrahldrucker, Thermodrucker oder Laserdrucker, ohne den für die Anwendung passenden Drucker ist ein PC-System nicht vollständig. Das ging in der "Prä-Internet-Ära" soweit, dass Finanzämter teilweise PC-Systeme nur dann als Arbeitsmittel anerkannt haben, wenn auch ein Drucker vorhanden war. Allerdings haben diese unterschiedlichen Drucksysteme eines gemeinsam, sie drucken zweidimensional auf ein Trägermaterial, in den meisten Fällen schlicht auf Papier. Doch nun steht eine Drucker-Revolution vor der Tür: 3D-Drucker.

In der Industrie sind lithographische Produktionsverfahren schon seit langen Jahren Standard. Der 3D-Druck im privaten Einsatz erlangte denn auch erst weltweite Aufmerksamkeit, als Teile für den Bau einer funktionsfähigen Schusswaffe per 3D-Druck erzeugt wurden. Diese 3D-Konstruktionsdatei wurde vom Entwickler allerdings zurückgezogen und ist im "offiziellen Teil" des Internets nicht mehr auffindbar.

Vom Replikator an Bord der USS Enterprise ist die Entwicklung zwar noch ein paar Jahrhunderte entfernt, trotzdem ist schon heute sicher davon auszugehen, dass 3D-Drucker sich am Markt durchsetzen und einen enormen Einfluss auf große Teile der Wirtschaft haben werden. Das belegt auch eine repräsentative Befragung im Auftrag des Hightech-Verbandes BITKOM, die ergab, dass 81 Prozent aller ITK-Unternehmen damit rechnen, dass 3D-Drucker einzelne Branchen stark verändern. 3 Prozent meinen sogar, die Geräte würden die Wirtschaft insgesamt revolutionieren.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

3D-Drucker kehren prinzipiell die gewohnte Formgebung von Gütern um. Normalerweise wird Material abgetragen, etwa ein Stück Metall oder Holz von Maschinen oder Menschen gefräst, geschliffen, gedreht, gedengelt oder gedrechselt. Experten sprechen von zerspanender (trennender) Bearbeitung. Das Endprodukt entsteht also durch Trennung, ähnlich wie bei einem Bildhauer, der einen Marmorblock bearbeitet. 3D-Drucker hingegen arbeiten ähnlich wie Töpfer oder Maurer: Ein Produkt wird gefertigt, indem Material schichtweise automatisch aufgebaut wird.

Zunächst wird das Produkt in einem Datensatz als virtuelles 3D-Modell beschrieben. Beim Druck dieser Datei wird ein Grundstoff auf einer Grundfläche schichtweise aufgebracht. Meist wird flüssiger Kunststoff (licht- bzw. laserhärtendes Polyacrylat) eingesetzt, aber auch Keramik oder Metall ist möglich. So entsteht aus einer Computerdatei ein reales, dreidimensionales Produkt.

Das Funktionsprinzip des 3D-Drucks ist dabei nicht auf eine bestimmte Größe beschränkt, auch wenn die aktuellen 3D-Drucker für den Anschluss am PC bislang von den die typischen Ausmaßen her an eine Bierkiste erinnern und nur Objekte entsprechender Größe produzieren können. Aber ein 3D-Drucker kann auch ein ganzes Haus bauen, wie Sie in diesem Artikel des 3D-Magazins nachlesen können.

Um einen 3D-Drucker anzusteuern, reicht ein handelsüblicher PC oder ein Notebook, sogar Tablet-PCs sind geeignet. Teils kann der eigentliche 3D-Druckvorgang auch ganz ohne PC durchgeführt werden, indem die Druckdatei von einer Speicherkarte eingelesen wird.

Praxisbeispiele: Was genau ist der Nutzwert von 3D-Druckern?

3D-Drucker stehen ganz am Anfang der Entwicklung. Von daher ist es noch kaum vorhersagbar, was in wenigen Jahren mit diesen Geräten wirklich machbar ist. Klar ist bislang nur, dass die gedruckten Teile bislang eine eher geringe Objektgröße haben, typischerweise rund 25 x 15 x 15 cm. Alle größeren Objekte müssen also aus kleineren Teilen zusammengesetzt werden. Mit den 3D-Druckern können Sie Ihre Ideen kostengünstig realisieren. Den Nutzwert des 3D-Drucks zeigen die folgenden Beispiele:

  • Es lassen sich Güter des täglichen Gebrauchs herstellen, beispielsweise Gefäße oder Geschirr, Figuren, Geschenke, Dekorationen, Elemente für Heimwerker, Ersatzteile, Brillenbügel, Kunststoffblenden, Modeschmuck oder Beschläge.
  • Professionelles „rapid prototyping“ wird für eine vergrößerte Zielgruppe bezahlbar. Ingenieure, Designer, Architekten und Künstler können Prototypen in hochwertiger Qualität herstellen, ohne dafür teure Dienstleister in Anspruch nehmen zu müssen.
  • Für den professionellen wie auch den Hobby-Modellbauer bricht der 3D-Druck eine Revolution los. Es sind nicht nur Ersatzteile oder Gestaltungselemente wie Rundbögen oder Brückenelemente, die schnell, einfach und unkompliziert erstellt werden können. Auch Figuren und zumindest einfache Fahrzeugmodelle sind mit den Fähigkeiten der bislang verfügbaren 3D-Drucker ebenfalls produzierbar.
  • Für die Zukunft ist denkbar, dass beispielsweise auch größere Ersatzteile fürs Auto oder Zahnfüllungen mit speziellen 3D-Druckern produziert werden.

Die Druckdateien

Entscheidend für einen gelungenen 3D-Druck ist eine hochwertige Druckdatei. Als Standard hat sich hierbei das Dateiformat STL (Surface Tesselation Language) etabliert, das von der Firma 3D-Systems inc. bereits 1989 veröffentlicht wurde und heute eine (Quasi-)Standardschnittstelle vieler CAD-Systeme ist. Wer einen 3D-Drucker in Betrieb nimmt, stellt sich schnell die Frage, woher er die 3D-Modelldaten bekommt.

Bereits heute gibt es kostenlose 3D-Modelle im STL-Format in riesiger Anzahl. Auf welche Vielfalt an Druckvorlagen Sie auch ohne selbstständiges Konstruieren eines 3D-Objektes kostenlos zugreifen können, zeigen Ihnen beispielsweise bei http://www.thingiverse.com/ und http://www.123dapp.com/Gallery/. Hinzu kommen heute schon eine Vielzahl von kommerziellen Anbietern, die STL-Druckdateien kostenpflichtig zum Download anbieten. Viele davon bieten auch einen Teil der STL-Dateien kostenlos an, ein wenig suchen lohnt sich.

Vier aktuelle 3D-Drucker

3D-Drucker erschließen völlig neue, sehr weitreichende Möglichkeiten. Klar ist aber auch, die Preise waren bislang wenig tauglich für den privaten Einsatz. Das ändert sich nun mit den folgenden 3D-Druckern:

1. MakerBot Replicator 2

Zu den globalen Marktführern beim 3D-Druck zählt der „MakerBot Replicator“ von MakerBot Industries. Das Gerät richtet sich an professionelle Anwender, die ein hohes Maß an Service erwarten. Das rund 2.000 Euro teure Fertiggerät wird in Deutschland von Hafners Büro vertrieben.

2. Printrbot 3D-Drucker-Bausatz

Der „printrbot“-Bausatz ist nun laut Webseite in der einfachsten Ausführung ab 259 Dollar zu haben. Das Angebot richtet sich eindeutig an den eher handwerklich begabten PC-Anwender. Weitere Infos finden Sie auf der Webseite des printrbot

3. Buccaneer

Neu ist das Kickstarter-Projekt um den 3D-Drucker mit dem Namen „Buccaneer“. Er soll den Schreibtisch ab 347 Dollar entern, die Auslieferung ist ab Dezember 2013 angekündigt. Vorteil: Der Buccaneer kommt komplett montiert zum Kunden. Der „Buccaneer“ 3D-Drucker ist von außen ein unscheinbarer Kasten, nicht größer als ein handelsüblicher Desktop-Drucker. Bislang haben sich beim Import von solchen Geräten allerdings immer wieder Probleme mit dem deutschen Zoll eingestellt, von der Zuverlässigkeit des angedachten Auslieferungstermins mal gar nicht zu reden. Weitere Infos bei pirate3d.com

4. FreeSculpt 3D-Drucker

Der erste lieferbare, einsatzfertige 3D-Drucker zum bezahlbaren Preis ist der „FreeSculpt“ 3D-Drucker, in Deutschland im Vertrieb von Pearl.de. Anders als bei billigen Bausätzen ist der neue 3D-Drucker sofort einsatzbereit. Die geschlossene Bauweise sorgt für staubfreies Drucken bei konstanten Temperaturen: Die 3D-Drucke gelingen präzise, gleichmäßig und stabil. Außerdem schützt das Gehäuse vor dem heißen Druckkopf und reduziert Gerüche auf ein Minimum. Der FreeSculpt kann per USB an den PC angeschlossen werden oder eine Druckdatei direkt von einer SD-Karte abarbeiten. Weitere Infos bei Pearl.de.

Rechtsfragen beim 3D-Druck

Dass man Probleme bekommt, wenn man eine Schusswaffe per 3D-Druck nachbaut, leuchtet ein. Schließlich darf in Deutschland niemand laut § 42a des Waffengesetz (WaffG) „Verbot des Führens von Anscheinswaffen“ keine waffenähnliche Gerätschaft im öffentlichen Raum herumtragen. Das ist aber nur ein kleiner Teil der Rechtsproblematik beim 3D-Druck, denn eine große Verbreitung von 3D-Druckern werden viele Branchen vor enorme Herausforderungen stellen.

Es werden sich Wertschöpfungsketten verändern, der Produkt- und Markenschutz muss sich einer völlig neuen Situation stellen, denn schließlich lassen sich auch Designs schützen. Zum Problem bei der „endlosen 3D-Kreativität“ werden also auch Urheberrechtsfragen werden, Raubkopien von STL-Dateien sind schon heute keine Seltenheit. Klar ist: Nach der massenhaften, illegalen Kopie von Musik und Filmen wird auch das 3D-Kopieren eine vergleichbare „Szene“ entwickeln.

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