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3D Druck im privaten und professionellen Bereich

By Marco / 3. September 2016

Dem 3D Druck kommt eine immer größer werdende Bedeutung zu. Längst werden 3D Drucker nicht nur für private Zwecke, sondern auch in der industriellen Fertigung eingesetzt. Die Anfänge reichen bis in die 1980er Jahre zurück, als Charles Hull den ersten professionellen 3D Drucker entwickelte. Natürlich hinkte die Technik vor über 30 Jahren den heutigen Ansprüchen in allen Belangen hinterher, doch der Siegeszug der 3D Drucker war nicht mehr aufzuhalten. Die ersten 3D Drucker waren langsam, schwer und groß, außerdem lagen sie preislich außerhalb der Möglichkeiten für die meisten Firmen.

Peggy_Marco / Pixabay

Der Druckprozess in der heutigen Zeit

Heutzutage sind 3D Drucker auch für den privaten Bereich erschwinglich geworden, darüber hinaus sind die Drucker in der industriellen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Unabhängig vom Modell des Druckers werden die drei folgenden Druckphasen unterschieden:

  • Vorbereitung: Grafiker erstellen ein 3D Modell, um u.a. den späteren Materialbedarf zu berechnen. Vorhandene dreidimensionale Objekte können auch mit einem 3D Scanner erfasst und anschließend in ein Computermodell umgewandelt werden. Dadurch wird mithilfe des 3D Druckers eine Kopie des Objekts erzeugt, das aber andere Materialeigenschaften haben kann
  • Druckprozess: In dünnen Schichten wird das Druckmaterial gemäß der digitalen Vorgabe aufgetragen, sodass sukzessive ein reales dreidimensionales Objekt entsteht. Der Druckprozess erfordert höchste Sorgfalt und nimmt in der Regel eine längere Zeit in Anspruch. Während kleinere Objekte innerhalb von Minuten gefertigt werden, können große und anspruchsvolle Gegenstände mehrere Stunden benötigen
  • Abschluss: Um das Stück zu finalisieren, wird das Trägermaterial abgewaschen oder anderweitig – etwa mit Sand – bearbeitet, um eine höhere Auflösung zu erreichen. Dieser Prozess dauert in der Regel nur wenige Minuten und beginnt häufig automatisch im Anschluss an den Druckvorgang

Unterschiedliche Technologien und Verfahren

Unabhängig davon, ob es sich um private oder gewerbliche 3D Drucker handelt, stehen im Wesentlichen vier Technologien zur Verfügung:

– SLA Drucker arbeiten mit flüssigen Photopolymeren, die mithilfe von UV-Licht in Form gebracht werden. Das Material ist gut dehnbar und lässt sich schnell verarbeiten

– Sehr häufig werden FDM Drucker eingesetzt, die schmelzendes Plastik als Werkstoff verwenden. Das Plastik wird durch eine heiße Düse geleitet, sodass es schmilzt. Anschließend trägt der 3D Drucker Schicht für Schicht auf, bis die digitale Vorlage umgesetzt wurde. FDM Drucker sind relativ preisgünstig und leicht zu bedienen, außerdem ist der Werkstoff preislich im unteren Segment angesiedelt. Diese Vorteile machen den FDM Drucker auch für Privatpersonen interessant

– Der SLS Drucker arbeitet mit Laserstrahlen, die Plastik, Keramik oder Metall, das in Pulverform vorliegt, zum Schmelzen bringen. Diese 3D Drucker sind sehr leistungsstark, weil auch hochwertige und langlebige Ausgangsstoffe verarbeitet werden können und sind deshalb für die Industrie von großer Bedeutung

– Bei PolyJet Druckern wird flüssiges Ausgangsmaterial sukzessive aufgetragen und mit UV-Licht stabilisiert. Dieser Prozess ist sehr schnell, außerdem können diverse Rohstoffe verwendet werden, sodass die industrielle Fertigung von PolyJet profitiert

3D Drucker für den privaten Bereich vs. professionellen Bereich

Im privaten Sektor führen 3D Drucker noch ein Nischendasein, erfreuen sich aber einer immer größeren Nachfrage. Während sie vor Jahren noch sehr teuer waren, sind sie mittlerweile auch für Privatpersonen erschwinglich geworden. Bei 3D Druckern für den privaten Bereich handelt es sich um abgespeckte Versionen der großen Industriedrucker. Sie unterscheiden sich vor allem hinsichtlich des Preises, der heutzutage sogar im dreistelligen Bereich zu finden ist, während vor einigen Jahren noch mittlere vierstellige Beträge gezahlt werden mussten. Professionelle 3D Drucker müssen dagegen höchsten Standards genügen, sodass 100 000 Euro und mehr für ein Gerät keine Seltenheit ist. Die Materialkosten liegen im professionellen Bereich um ein Vielfaches höher als im privaten Sektor. Bei letzterem kann von einem durchschnittlichen Betrag von rund 25 bis 50 Euro pro Druckerladung ausgegangen werden. Das liegt vor allem daran, dass 3D Drucker für den Heimbedarf lediglich thermoplastisches Material erhitzen und verarbeiten, das schließlich bei Zimmertemperatur erstarrt. Industrielle 3D Drucker sind weitaus hochwertiger und können neben diversen thermoplastischen Stoffen auch Metalle und Keramik verarbeiten.

Während 3D Drucker für den privaten Bereich nicht viel größer als gewöhnliche Tintenstrahl- oder Laserdrucker sind, können professionelle 3D Drucker in ihrer Größe stark variieren. Diese Geräte wiegen mehrere hundert bis zu einigen tausend Kilogramm und können auch sehr große Objekte erzeugen, was für die industrielle Fertigung unverzichtbar ist. 3D Drucker für den Heimbedarf arbeiten weitgehend mit der FDM Methode, seltener kommt SLS zum Einsatz. Professionelle Geräte verwenden dagegen alle oben angesprochenen Verfahren. Die Auflösung ist bei Privatgeräten deutlich gröber als bei Druckern im professionellen Bereich. Mit 100 Micron ist man als Privatperson gut bedient, hochwertige Profigeräte können bis zu 3 Micron auflösen. Das Design der beiden Druckerarten ist diametral entgegengesetzt: 3D Drucker für den privaten Bereich sind optisch ansprechend, meist futuristisch gestaltet und kommen nicht selten in knalligen Farben daher. 3D Drucker für die industrielle Fertigung sind dagegen zweckdienlich und optisch unauffällig.

Die Software ist das Herzstück des 3D Druckers und unterscheidet sich im privaten Sektor völlig von seinem industriellen Gegenpart. Für Heimanwender ist die Software sehr stark optimiert und mit einer Vielzahl von vorgefertigten Templates versehen, sodass auch unbedarfte Anwender zumindest einfache 3D Drucke zustande bringen. Der hochkomplexe Algorithmus versteckt sich dabei hinter einer einfachen Drag-and-Drop Oberfläche, die intuitiv bedienbar ist. Im professionellen Bereich wird den Druckern höchste Präzision abverlangt. Deshalb ist die Software nur von geschultem Personal zu bedienen. Sie ist dafür sehr leistungsstark, sodass versierte Benutzer jede Kleinigkeit am Gerät einstellen und verändern können.

3D Drucker für den Heimbedarf setzten auf Austausch und Community. Up- und Downloads zur Cloud sind problemlos möglich. Der Privatanwender kann somit schnell neue Vorlagen auf seinen Rechner laden oder eigene Modelle der Allgemeinheit zur Verfügung stellen. Für den professionellen Bereich sind diese Punkte weniger wichtig, weil der 3D Drucker bereits für den Anwender individuell optimiert wurde. Ein wesentlicher Unterschied liegt auch im Druckergebnis: Heimdrucker erzeugen durchaus ansehnliche Modelle und Ausstellungsstücke, sind aber für den professionellen Einsatz nicht zu gebrauchen. Es handelt sich mehr um ein Hobby, es geht um die Freude am Erschaffen und Kreieren. Im industriellen Bereich steht der Nutzen klar im Vordergrund. Die erzeugten Objekte müssen einwandfrei verarbeitet sein und den notwendigen Belastungen standhalten.

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