3D-Drucker

3D-Drucker haben in den letzten Jahren eine enorme Entwicklung durchgemacht. Früher waren die Geräte noch unbezahlbar und ungenau. Heute hingegen bekommt man schon brauchbare 3D-Drucker für um die 200€. Dabei haben sich inzwischen Drucker mit verschiedenen Fertigungsverfahren durchgesetzt. So hat der Hobby-Bastler im Moment die Auswahl zwischen verschiedenen, grundlegend unterschiedlichen Ansätzen. Während die verschiedenen Filament/FDM Drucker hauptsächlich für große Druckerzeugnisse verwendet werden, können licht-basierte Geräte mit SLA oder DLP Technologie besonders feine Werkstücke herstellen.

Diese massiven Unterschiede sorgen dafür, dass man sich vor dem Kauf Gedanken machen muss, was man mit dem 3D-Drucker eigentlich anfangen möchte. Je nachdem kommen es nämlich auf unterschiedliche Kriterien an. Ob Auflösung, Druckvolumen, Räumlichkeiten oder Preis – jedes Kriterium will wohlüberlegt sein. Auf welche Hauptmerkmale Ihr achten müsst, erfahrt Ihr direkt nach unseren aktuellen Testberichten:

Im Prinzip gibt es für den Hausgebrauch die zwei oben genannten Technologien, die natürlich unterschiedliche Einsatzzwecke haben und deshalb auch einzeln betrachtet werden sollten. Bevor es also an die Kriterien für einzelne 3D-Drucker geht, schauen wir uns an, was die verschiedenen Konzepte ausmacht.

Filament-3D-Drucker – Allrounder in jeder Preisklasse

FDM steht für “Fused Deposition Modeling“, zu Deutsch “Modellierung mit geschmolzenen Schichten”. Genauso kann man sich das Fertigungsverfahren auch vorstellen – mit drei motorisierten Achsen fährt der Druckkopf jede Stelle des Druckobjektes ab. Dabei schiebt der Extruder permanent Filament nach, dass am Hotend erhitzt und extrudiert wird. So entsteht ein stetiger Fluss aus geschmolzenem Plastik, der Schicht für Schicht verschmilzt und so eine 3D-Struktur aufbaut. Die erste Schicht wird dabei auf ein Druckbett aufgebracht, das in der Regel beheizt ist. Hier liegt auch eine Schwierigkeit der FDM-Technologie. Das Druckbett muss genau gelevelt sein, damit ein minimaler Spalt zwischen Druckkopf und Bett bleibt. Das Filament sollte dort haften, aber nicht verschmieren und die Düse verstopfen.

Die Kernfunktion dieser Drucktechnik ist stets die gleiche, es gibt jedoch viele verschiedene Varianten, wie der Druckkopf über dem Hotend bewegt wird.

Kartesischer Aufbau

Die größte, gänigste und auch günstigste Gruppe setzt auf einen kartesischen Aufbau. Das bedeutet für X, Y und Z- Achse ist je ein Motor verantwortlich. So kann der Druckkopf auf jedem beliebigen Punkt im quaderförmigen 3D Koordinatensystem positioniert werden. Kartesische 3D-Drucker teilen sich wiederum auf in viele verschiedene Architekturen. Es gibt Varianten, bei denen sich das Druckbett auf der Y-Achse bewegt, andere Modelle haben auf dieser Achse das Hotend montiert.

Delta-Architektur

Anycubic Kossel

Deltadrucker – Anycubic Kossel

Auch sehr spannend und bezahlbar sind 3D-Drucker mit Delta-Architektur. Hier ist der Druckkopf an drei gleich langen Stangen befestigt, die mit drei Motoren auf vertikalen Schienen laufen, die in einem gleichseitigen Dreieck angeordnet sind. So kann das Hotend alle Positionen in einem zylinderförmigen Druckraum anfahren. Delta 3D-Drucker eignen sich besonders für Fertigungen mit großer höhe, da sich das Druckerzeugnis nicht bewegt und so auch bei enormer Größe noch detailliert gelingt. Da die drei Motoren hier nicht der X, Y und Z-Achse entsprechen, sind diese Geräte etwas komplizierter bei der Wartung. Außerdem wird ein gutes Mainboard benötigt, weil der Drucker den G-Code des XYZ Systems in die entsprechende Bewegung für die drei vertikalen Achsen umrechnen muss.

Weitere Konzepte

Kaum im privaten Einsatz findet man die übrigen Varianten von FDM Druckern, deshalb werden sie hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Zu nennen wären hier zunächst Drucker mit polarem Koordinatensystem, also einem Drucktisch, der sich dreht, während der Druckkopf sich auf der “L-Achse” nach innen oder außen bewegt und auf der Z-Achse nach oben fährt. Außerdem kann man auch mit Roboterarmen Drucker realisieren und es gibt noch weitere Technologien, die aber eine absolute Minderheit darstellen.

Resin-3D-Drucker – beste Qualität mit Belichtung

Vor einigen Jahren war diese Technologie noch sehr unbekannt und absolut unbezahlbar. Inzwischen haben aber auch Consumer-Firmen SLA- /DLP Drucker im Angebot und die Preise nähern sich denen der FDM Drucker immer weiter an. Anstatt auf Filament setzten SLA-/DLP Drucker auf ein dickflüssiges Harz – das Resin. Dieses Harz befindet sich in einer Schale mit transparentem Boden, die auf einer Lichtquelle steht. Beweglich ist bei diesen 3D-Druckern nur die Z-Achse, an der der Drucktisch kopfüber befestigt ist. Dieser fährt in die Schale mit Harz, sodass eine winzig dünne Schicht (meist zwischen 0,01mm und 0,3mm) flüssiges Harz zwischen dem Drucktisch und der Resin-Schale (auch VAT genannt) bleibt. Diese Schicht wird nun an bestimmten Stellen mit UV-Licht belichtet, wo das Harz nach wenigen Sekunden aushärtet. Der Drucktisch fährt nun eine Schicht nach oben und das Ganze beginnt von vorne.

Dieses Verfahren hat den großen Vorteil, dass sich Überhänge ohne Stützmaterial drucken lassen. Durch die Technologie sieht man außerdem die einzelnen Schichten nicht und die Auflösung ist im Vergleich zu FDM-Druckern extrem gut. Der wohl größte Nachteil ist das Resin. Es ist zunächst extrem teuer – für eine Flasche mit 500ml bezahlt man schnell 20€. Außerdem ist es sehr klebrig und nur mit hochprozentigem Alkohol zu lösen. Das macht eine Reinigung des 3D-Druckers sehr aufwändig.

DLP vs. SLA

Die Architektur von Druckern, die mit Belichtung arbeiten ist immer die Gleiche. Allerdings gibt es zwei verschiedene Ansätze zur Belichtung. Bei DLP-Druckern (Digital Micromirror Device) wird eine gesamte Schicht gleichzeitig belichtet. Dazu kommt ein Projektor zum Einsatz, der über einen Spiegel ein Bild auf die Unterseite der VAT-Schale projiziert. Ein neuer Ansatz dieser Technologie ist es, ein LC-Display anstatt eines Projektors zu verwenden, was im Prinzip die gleiche Funktion hat. Dieses Fertigungsverfahren ist das Einfachste im Belichtungs-Bereich und wird deshalb bei beinahe allen günstigen 3D-Druckern aus China verwendet. Ein Vorteil dieser Technologie ist es, dass die Geschwindigkeit des Drucks ausschließlich von der Anzahl der Schichten abhängt und nicht von der Fläche des Bauteils.

Anders ist das bei SLA-Geräten. SLA bedeutet Stereolithographie. Dabei handelt es sich um das weltweit erste patentierte additive Verfahren. Das Harz wird hierbei mit einem Laserstrahl ausgehärtet, der die Fläche einer einzelnen Schicht Stück für Stück abfährt.

Und was ist jetzt der richtige 3D-Drucker für mich?

Gute Frage! Natürlich gibt es für jeden 3D-Drucker ein besonderes Anwendungsgebiet. Welches Gerät also für Dich das richtige sein könnte hängt von einigen Faktoren ab:

Das Druckvolumen

Am meisten Gewicht hat wohl die Größe der Teile, die man drucken möchte. Während Drucker mit Filament Druckräume von 30cm x 30cm x 30cm erreichen können ohne zu teuer zu werden, sind SLA/DLP Geräte für sehr kleine Bauteile ausgelegt. Für größere Druckräume ist diese Technologie einfach zu kompliziert und würde für den Hobbyist deshalb zu teuer werden. Gängig sind hier ungefähr 7cm x 10cm x 20cm. Daraus lässt sich einfach der Einsatzzweck ableiten. Mit Filament kann man große Modelle Drucken, Vasen, Halterungen und vieles mehr. Geräte, die mit Belichtung funktionieren sind hingegen ausgelegt für sehr kleine filigrane Teile, wie sie beispielsweise im Micro-Modellbau zum Einsatz kommen.

Die Qualität

Den Größenunterschied machen SLA/DLP-Drucker in der Qualität wieder wett. Im Vergleich zu FDM-Druckern können sie nämlich eine deutlich bessere Auflösung liefern. Durch die extrem geringe Schichthöhe und die winzigen Pixel der Projektion lassen sich mit Harz gedruckte Werkstücke nur schwer von Spritzguss  unterscheiden. Auch zwischen SLA und DLP gibt es noch einen Unterschied: Der Laser bei SLA-Druckern kann den Rand einer Figur exakt abfahren.
Druckerzeugnisse von DLP-Drucker haben theoretisch ganz viele kleine Ecken, weil immer ein Pixel leuchten muss, der natürlich quadratisch ist. In der Praxis sieht man diesen Unterschied aber kaum. Größer ist der Unterschied zu FDM-Druckern, bei denen man die Rillen der einzelnen Schichten immer sieht. Für sehr kleine Bauteile ist ein FDM Drucker also wenig geeignet.

Beginner oder Experte

3D-Drucker sehen einfach aus, jedoch kann man viel falsch machen und schnell gehen filigrane Teile kaputt. Deshalb sollte man für den Einstieg ein günstiges Gerät wählen. Dafür bietet sich ein FDM Drucker von großen Marken wie Creality3D oder Anycubic an. Hier gibt es eine große Community, bei der man sich Hilfe holen kann. Außerdem gibt es reihenweise Möglichkeiten zu Verbesserungen/Umbauten, an denen man ein Grundverständnis erlernen kann. Fortgeschrittene Nutzer können sich dann auch an Delta-Drucker oder Resin-Geräte wagen. Wer natürlich zwingend einen DLP-Drucker braucht, muss nicht unbedingt zuerst ein FDM-Gerät kaufen. Mit etwas Einarbeitungszeit kann man mit jedem beliebigen Modell beginnen.

Sonstiges

Neben den drei oben genannten Hauptmerkmalen muss man sich vor dem Kauf über viele Dinge Gedanken machen. Hat man überhaupt den Platz? Resin stinkt bei der Verarbeitung stark und sollte deshalb nicht in geschlossenen Räumen verarbeitet werden. Allerdings darf Sonnenlicht auch nicht sein, weil es dann aushärtet. FDM Drucker sind auch nicht gerade klein. Je nach Architektur sind schnell Maße von 50cm x 50cm x 50cm erreicht.

Nicht zu unterschätzen ist auch das Bedienen von CAD-Programmen. Fusion360 zum Beispiel ist schwer zu erlernen. Zwar gibt es viele fertig designete Modelle auf Thingiverse, aber Ersatzteile für unbekannte Produkte muss man selbst designen.

Die letzte Frage, die man sich stellen sollte, ist die des Budgets. Es gibt 3D-Drucker für 100€, aber auch welche für 10 000€. Wie viel man investieren kann und will hängt von den gerade genannten Punkten ab. Wenn man nur sehr selten drucken will, kann es sich auch lohnen, keinen eigenen 3D-Drucker zu kaufen, sondern den Druck in Auftrag zu geben.

3D Drucker aus China im Test