3D-Drucker sind nun wirklich nichts Neues: Bereits in den 1980’ern hat der US-Amerikaner Chuck Hull den 3D-Druck erfunden. Dieser wurde und wird vor allem zum Rapid Prototyping in den Bereichen Kunst, Architektur, Modell- und Maschinenbau eingesetzt. In den Bereichen Medizin- und Zahntechnik oder der Verpackungsindustrie werden 3D-Druckverfahren inzwischen auch in der Serienfertigung angewandt.
Für den Hausgebrauch haben die 3D-Drucker allerdings erst seit ein paar Jahren sinnvolle Dimensionen in Preis und Grösse erreicht. Gedruckt wird hier überwiegend mit schmelzbaren Kunststoffen, die entweder aus Erdöl oder ökologisch aus Pflanzen gewonnen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit Keramik, welches anschliessend gebrannt werden muss, oder Holz, versetzt mit Polymeren als Bindemittel, zu verarbeiten. Mittlerweile gibts das ganze in den FabLabs auch als Service, wo gegen Benutzungsgebühr CNC-Fräsen, 3D-Drucker oder Laser-Cutter gebraucht werden können. Die Auswahl an 3D-Druckern ist inzwischen ziemlich gross und die Community rund um 3D printing wächst kontinuierlich.
Unsere Wahl: Der Ultimaker 2
Für uns in der ICT-WG war das Grund genug, uns einen eigenen 3D-Drucker zuzulegen – vom Gedanken, einen 3D-Drucker zu Hause stehen zu haben, mal ganz zu schweigen! Die Wahl fiel auf den Ultimaker 2 der gleichnamigen Firma, der mit guter Druckqualität (die minimale Schichtdicke ist gerademal 0,02 Millimeter), beheizbarer Druckplatte und durchweg positiven Bewertungen im Netz besticht. Zudem konnten wir uns bei der Swisscom Innovation Week bereits mit einem Ultimaker der ersten Version anfreunden und die Chemie hat gestimmt.
Da er schon fertig montiert geliefert wurde, gestaltete sich der Aufbau sehr einfach: Lediglich der Filament-Spender auf der Rückseite und die beheizbare Glasplatte mussten eingeklipst werden. Jetzt brauchen wir nur noch ein Regal oder einen Tisch, dass er nicht mehr unseren Boden schmücken muss. Nach dem ersten Einschalten führt die Anzeige durch einen kurzen Kalibrierungsprozess und das Filament muss eingeführt werden, dann ist er startklar.
Drucken in drei Dimensionen
Beim Drucken fährt die Glasplatte nach oben zum Druckkopf, der sich in X- und Y-Richtung bewegt. Im Druckkopf sitzt der Extruder, der das Filament erhitzt und flüssig auf die Platte aufträgt. Nach der ersten Schicht senkt sich die Platte (Z-Achse) und der Extruder trägt die nächste Schicht auf – es entsteht ein dreidimensionales Objekt. Damit der Drucker weiss, was er machen muss, wird er via SSD-Karte mit einer GCode-Datei versorgt, in der seine Bewegungen abgespeichert sind. Diese Datei kann mit der zum Download angebotenen Software Cura erzeugt werden.
In Cura können Parameter wie Schichtdicke, Wandstärke und Druckgeschwindigkeit eingestellt werden. So lassen sich beispielsweise bei geringerer Druckgeschwindigkeit bessere Ergebnisse bei der Oberfläche erzielen, währen die Dauer des Drucks logischerweise zunimmt. Ändert man einen Wert, so berechnet das Programm die Druckdauer neu. Der Druck von dem im Bild gezeigten Nespresso Kapselhalter hat über 20 Stunden gedauert – eine leicht modifizierte Version mit 4 Haltern braucht dann schon zwei volle Tage! Eigene Objekte kann man mit Cura nicht erzeugen, dazu ist ein CAD Programm wie zum Beispiel Tinkercad notwendig, was bequem als Browser-Anwendung läuft. Allerdings gibt es bereits viele Objekte auf Portalen wie Thingiverse frei zum Download.
Erste Erfahrungen
Bei unseren Experimenten hatten wir auch schon die ersten Probleme: Bei einem Druck war die Düse nach der ersten Schicht verstopft. Nach 2 Stunden war das Problem endlich behoben und wir konnten den Druck nochmal starten. Sowas ist natürlich um so ärgerlicher, je weiter der Druck bereits fortgeschritten ist.
Für unseren Raspberry Pi haben wir einen Stecker für die I/O-Pins gedruckt und die Druckparameter so optimiert, dass es keine Probleme beim Aufsetzen des Steckers gibt. Die Druckzeiten variierten dabei zwischen 7 und 30 Minuten. Generell empfiehlt es sich, vor allem bei selbst entworfenen Objekten, Prototypen von schlechter Qualität drucken zu lassen. Falls es Fehler in der Form gibt, kann diese optimiert werden und das finale Objekt kann noch einmal in guter Qualität gedruckt werden.
Beim ersten Druck über Nacht war die LED Beleuchtung im Drucker angeschaltet und am nächsten Morgen fanden wir dutzende Fliegen, für die die Düse wohl zu heiss war. Beleuchtung ist ohnehin unnötig – im Ultimaker kann sie einfach ausgeschaltet werden.
Wohin geht es wohl?
Das Drucken ist voll im Trend und stetig werden neue Materialien und neue Verarbeitungsmethoden entwickelt. Während die Modebranche Textilien zu drucken versucht, gibt es in der Medizin den Traum von gedruckten menschlichen Organen. In der WG werden wir uns jetzt erst einmal intensiver mit unserem Ultimaker auseinandersetzen – aber was wäre denn dein Traum vom gedruckten Objekt? Und welche Materialien würdest du in Zukunft gerne drucken?