Wie funktioniert ein 3D Drucker

Wie funktioniert ein 3D Drucker - Grundlagen

In diesem -BlogArtikel möchte ich dir erklären, wie ein 3D-Drucker funktioniert bzw. wie er überhaupt druckt. Das Druckverfahren, das im Hobbybereich und bei günstigeren Geräten, wie auch beim Prusa MINI genutzt wird, wird Fused Deposition Modeling (FDM) oder auch Fused Filament Fabrication (FFF) genannt.

Das Prinzip dahinter ähnelt dem einer Heißklebepistole. Das Filament wird eingezogen, dann im Druckkopf erhitzt, in die Düse gedrückt und von dort aus auf dem Druckbett platziert.

Ein kleiner Nachteil hierbei ist, dass das Material nicht sofort auf der Druckbettoberfläche aushärtet. Dadurch werden in bestimmten Situationen Stützstrukturen für kleine Vorsprünge oder Überhangdrucke notwendig.

In der Regel drucken 3D-Drucker so, dass Stützstrukturen ganz dünn am 3D-Modell hinzugefügt und nach dem Druck ganz einfach entfernt werden können. Schau dir das Druckverfahren also einmal in der Praxis an. Wie funktioniert ein 3D Drucker kannst du jetzt schon besser beantworten.

Wie funktioniert ein 3D Drucker Extruder, Filament und Druckbett

Die Zufuhr des Filaments läuft über ein Plastikröhrchen in den Extruder hinein. Der Extruder greift sich über Zahnräder das Filament und steuert so die Zufuhr in den Druckkopf. Im Druckkopf wird das Filament erhitzt und in die Düse hineingedrückt. Von dort aus wird das Filament dann Schicht für Schicht auf dem Druckbett aufgetragen. Sobald der Druck startet, wird das Druckbett erhitzt und der 3D-Drucker wird auf Temperatur gebracht.

Der Prozess läuft bei hohen Temperaturen ab. Der Druckkopf wird bei PLA Filament auf über 200°C und das Druckbett auf 60°C konstant erhitzt. Diese Temperaturen sind nötig, um das Material einerseits im Druckkopf zu verflüssigen und andererseits auf dem Druckbett aufzutragen und haften zu lassen.

Die .gcode Datei für das 3D-Modell kannst du einfach über den USB-Stick an den 3D-Drucker übertragen. Diese Vorgehensweise ist üblich bei den meisten 3D-Drucker Modellen. Anschließend kannst du die Druckdatei über das Druckmenü am LCD-Display auswählen und den Druck von dort aus starten.

Später werde ich dir noch erklären, wie du eine .gcode-Druckdatei nicht per USB-Stick, sondern per WLAN an deinen 3D-Drucker übertragen kannst. Mehr dazu erfährst du im Blog-Artikel oder im Videokurs zur Fernsteuerung mit Octoprint.

Wie funktioniert ein 3D Drucker während des Druckvorgangs

Nach dem Starten des Druckvorgangs wird das Filament langsam auf der Druckplatte aufgetragen. Die erste Schicht ist dabei immer die Wichtigste. Sie muss fest auf dem Druckbett haften, damit sich das Objekt während des Druckvorgangs nicht von der Druckplatte ablöst und der Druck im schlimmsten Falle fehlschlägt.

Sollte sich das Objekt während des Druckvorgangs lösen, ist der Druck nicht mehr möglich, insbesondere wenn du Objekte ausdruckst, die weit nach oben in die Höhe gehen. In diesem Falle muss dafür gesorgt werden, dass ein fester Halt auf dem Druckbett gegeben ist.

Für Einsteiger ist daher eine glatte Druckplatte am einfachsten. Das Filament hält auf einer glatten Oberfläche deutlich besser und du kannst das fertige Druckergebnis wesentlich besser ablösen.

Der Prusa MINI verfügt über ein sehr flexibles Druckbett, was das Ablösen des Objekts deutlich erleichtert. Je nach Filamenttyp wird die Druckplatte für die erste Haftungsschicht unterschiedlich stark erhitzt, damit das Material besser haftet.

Zum Beispiel wird das Druckbett bei PLA Filament auf knapp 60°C erhitzt und bei PETG Filament auf 85°C. Welche Unterschiede es bei den verschiedenen Filamenten noch gibt, werde ich dir in weiteren Blog-Artikeln genauer erläutern. Zum Abschluss möchte ich dir noch zwei weitere Druckverfahren vorstellen.

Wie funktioniert ein 3D Drucker mit SLA oder 3DP Druckverfahren

Ein weiteres Druckverfahren im Hobbybereich neben dem FDM/FFF Druckverfahren ist der sogenannte SLA-Druck. Dieses Druckverfahren wird als Stereolithografie bezeichnet. Dabei wird punktuell UV-empfindliche Flüssigkeit ausgehärtet, indem sie Schicht für Schicht durch punktuelle UV-Bestrahlung ausgehärtet wird. Dadurch entsteht dann Schicht für Schicht ein 3D-Druck. Ein entsprechender 3D-Drucker in diesem Bereich ist der Prusa SL1 (prusa3d.de/original-prusa-sl1/).

Dann gibt es noch die 3DP-Methode. Hierbei werden Pulverkörnchen per Laser miteinander zu verschmolzen, wodurch eine Struktur aufgebaut werden kann.

3DP ist ein Verfahren, das eine eher raue Oberfläche erzeugt. Mit dieser Methode ist es relativ einfach möglich, mehrfarbig zu drucken. Es werden beim Druck andersfarbige Bindemittel zwischen die Pulverkörnchen platziert, die dann wiederum mit dem Laser verschmelzen.

Dadurch ist ein mehrfarbiger Druck relativ einfach möglich. Allerdings werden die beiden vorgestellten Druckverfahren eher selten im Hobbybereich, sondern eher im professionellen Bereich eingesetzt werden.

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