3D Druck - Einfach erklärt

3D-Drucker – Die Zukunft ist da

Dadurch, dass wir Jahrelang auf Papier gedruckt haben, ist der Begriff "Drucken" etwas irreführend.
Der 3D-Druck, gehört in den Bereich der "additiven Fertigung". Dabei geht es darum, dass man ein Werkstück entstehen lässt, indem dieses Schicht für Schicht aufgebaut wird.
Es geht beim 3D-Druck also nicht darum, etwas in 3D auf ein Blatt Papier zu bringen. 3D Druck bedeutet, dass man ein physisches Objekt entstehen lässt. Dieses kann aus den unterschiedlichsten Materialien hergestellt werden. Ein digitales Modell, zb eine CAD Zeichnung eines Zahnrades, lässt den 3D-Drucker dieses Zahnrad wirklich herstellen. Sie können dieses dann verwenden, wie wenn Sie es in einem Laden bestellt hätten.

Als Basiis dient ein 3D-Modell, welches in einer 3D-Software erstellt wurde. Diese Software kann CAD basierend sein, muss es aber nicht.
Dieses Modell wird dann mit einer sogenannten "Slicer Software" die oftmals mit dem 3D Drucker mitgeliefert wird, in einzelne Schichten zerlegt, wie Sie dann vom 3D-Drucker gedruckt werden.
Eine sehr bekannte, aber nicht kostenfreie "Slicer-Software" ist Simplify3D. Die bekannteste kostenfreie Software, welche kostenfrei zu haben ist, heisst Cura.
Ob man dafür Geld ausgeben will oder nicht, muss man selbst entscheiden. Wir empfehlen den Einsatz von Simplify 3D. Es ist einfach komfortabler.

Grundlegend braucht es für den 3D Druck also:

  1. Ein 3D-Modell - Dieses kann selbst gezeichnet sein, oder auf vielen Seiten im Internet heruntergeladen werden. Eine sehr
  2. Eine Software die das Modell in "Scheiben" zerschneidet - z.B Simplify3D oder Cure
  3. Ein 3D-Drucker, der mit Filament das in Scheiben zerschnittene Modell drucken kann.

3. Industrielle Revolution

Lauf diversen Analysten läutet der 3D - Druck die 3. industrielle Revolution ein. Die Chance steht gut, dass man durch den 3D-Drucker weg kommt von Massenproduktionen.
Stellen SIe sich vor, Sie müssen nicht mehr Ware hier Produzieren, und nach Deutschland verschicken. SIe versenden per Mail nur noch die Digitale Datei. Vorort in Deutschland, wird dann das Objekt einfach im gewünschten Material ausgedruckt. Nach Deutschland ist es nur ein kurzer Weg. Natürlich funktioniert dieses System Weltweit.
Warum muss ein Becher oder eine Halterung in China produziert werden und mit dem Schiff oder Flugzeug um die halbe Welt reisen? Diese Zeit ist mit dem 3D-Drucker Vergangenheit!

Begriffserklärungen:

Direct Drive Systeme & Bowden Drive Systeme

Grundlegend gibt es 2 Arten, wie das Filament in das Hotend und somit in die Düse gelangen kann. Diese 2 Arten sind:

  1. Direct Drive
  2. Bowden Drive

Erklärung Was bedeutet Direct Drive:
Bei einem Direct Drive System wird der Extruder und der Motor der den Extruder antreibt, direkt auf dem Druckkopf montiert. Der Motor und der Extruder bewegen sich also beim Drucken mit dem Druckkopf zusammen durch den Bauraum.

Erklärung was bedeutet Bowden Drive:
Bei einem Bowden Drive System wird der Extruder und der Motor irgendwo an der Seite des Druckers fest installiert. Vom Extruder führt ein Teflonschlauch zum Druckkopf, und steckt direkt im Hotend.

Vorteile Direct Drive:

  • Das Filament ist sehr gut und präzise kontrollierbar.
  • Flexible Materialien können problemlos gedruckt werden.

Nachteile Direct Drive:

  • Das Druckkopf wird schwerer als bei einem Bowden System.

Vorteile Bowden Drive:

  • Der Druckkopf ist leichter, was theoretisch eine höhere Druckgeschwindigkeit zulässt.

Nachteile Bowden Drive:

  • Das FIlament kann lange nicht so präzise kontrolliert werden.
  • Flexibles FIlament ist so gut wie undruckbar. Denn je länger der Weg des Filaments ist bis es im Hotend ist, umso kniffliger wird es.

FDM / FFF

FDM beziehungsweise FFF sind offizielle Abkürzungen für das "Schicht für Schicht Verfahren" welches im 3D-Druck seine Anwendung findet.

FDM steht für "Fused Deposition Modeling" und ist durch stratasys Markenrechtlich geschützt.
Da im 3D Druck auch der "Open Source" Gedanke mitschwingt, entstand die alternative Bezeichnung "FFF".

FFF steht für "Fused Filament Fabrication" und bezeichnet das selbe Verfahren der "Schmelzschichtung".

Filament:

Filament ist das Material das vom Drucker benötigt wird, um ein Werkstück zu erstellen.
Filament gibt es in 2 Standardgrössen. 1.75 mm und 2.85mm. Welches Filament Sie benötigen entscheidet ihr 3D Drucker. Manche 3D Drucker, wie z.B der "Ultimaker" bevorzugen das 3mm Format. Allerdings arbeiten die meisten 3D Drucker im Heimbereich mit dem 1.75mm Durchmesser.

Es gibt mitlerweilen unzählige FIlamenthersteller. Man kann viele tolle Materialien finden. Die Frage ist immer wie es mit der Qualität des Filaments aussieht.
Auch Filament vom selben Hersteller, kann unterschiedlich aussehen, wenn die Farben keiner Standardisierung unterliegen. Das führt dazu, das ein rot einmal satter ist und einmal blasser.

Mit purefil of Switzerland bringen wir mit einem schweizer Hersteller zusammen ein Filament auf den Markt, dass aus dem Industriebereich kommt.

Das heisst, die Qualität des Filaments ist sehr hochstehend. Die Farben sind nach dem RAL und Pantone Spektrum standardisiert, was bedeutet, dass problemlos das CI einer Firma eingehalten werden kann. Aus privater sicht, hat es den Vorteil, dass Sie das Selbe Modell in der Selben Farbe immer und immer wieder hinbekommen.

Wenn Sie unterschiedliche Hersteller verwenden, werden Sie feststellen, dass sich die Farben immer wieder unterscheiden und die Filamente sich beim Drucken auch unterschiedlich verhalten.

Slicer:

Die Slicer-Software, oft einfach "Slicer" genannt, ist eine Software, welche das 3D-Modell für den 3D Drucker aufbereitet und als Maschinencode speichert. Im Hintergrund wird dabei das 3D-Modell in Scheiben geschnitten. In der Regel wird gratis eine Slicer-Software mit dem Drucker mitgeliefert.Es gibt diverse "Slicer" die kostenfrei heruntergeladen und benutzt werden können. Wer viele komplexere Objekte drucken will, sollte sich allerdings überlegen, etwas Geld dafür auszugeben.

Eine kostenpflichtige Software, welche im Heim- wie auch im Industriebereich eingesetzt wird, ist z.B Simplify3D. Konstelos erhältlich hingegen, ist z.B. die Software Cura.

Extruder:

Als Extruder wird der Teil bezeichnet, welcher das Filament in das Hotend des Druckkopfes befördert. Ein Extruder besteht aus einem Teil der Mit Zahnräderns und einem Kanal für das Filament versehen ist, und einem Motor der die Zahnräder im Extruder antreibt.Oftmals wird der Extruder und der Motor separat verkauft. Man sollte sich stehts darauf achten, ob der Motor mitgeliefert wird oder nicht. Manche Extruder verwenden auch den Original Motor der vom Hersteller des Druckers installiert wurde.Ein optimales Ergebnis erhält man in der Regel, wenn man den Motor und den Extruder miteinander kauft. Hier ist die wahrscheinlichkeit am grössten dass die Komponenten gut aufeinander abgestimmt sind. Wer in Einzelteilen einkauft, sollte einfach genau wissen, was er bis zum Ende braucht. Der Ärger ist gross, wenn man wegen 1 fehlenden Teil den Drucker nicht sofort wieder benutzen kann, sondern erst auf ein bestimmtes Teilchen warten muss.

Hotend:

Das Hotend beim Drucker ist der Metallteil in welchem das Filament erhitzt wird, und bis zur Düse geleitet wird. Ein Hotend besteht aus mehreren Einzelteilen.

  • Hitzebarriere
  • Heizblock
  • Düse
  • Heizpatrone & Thermistor

Es gibt viele Hotend Hersteller. Von Profis wird sehr gerne auf Hotends von E3D gesetzt. Bekannte Namens sind da etwa "v6" oder "Titan Aero". Microswiss ist ein weiterer sehr bekannter Hersteller für Hotends.

In der Regel braucht man für jedes Hotend passende Düsen. Man sollte sich also möglichst für einen Hersteller entscheiden. Sonst läuft man Gefahr dass man die selben Düsengrössen von verschiedenen Herstellern kaufen muss.
Das liegt daran, dass die Hersteller oftmals ein gewisses Prinzip für Ihre Hotends verwenden wollen, z.B: Düsen mit einem M6 Gewinde. Wenn dann das Gewinde nicht gleich gross und lang ist, und die Düse nicht perfekt im heizblock sitzt, gehts mit den Problemen los. Deswegen ist es wichtig, auf entsprechende Düsen die Kompatibel sind mit dem jeweiligen Hotend zu achten.

Oftmals wird mit einem Hotend auch eine Düse mitgeliefert. 0.3 und 0.4mm Durchmesser ist da der Standard. Weitere Grössen können in der Regel nachgekauft werden.

Retraction:

Retraction (Deutsch "Rückzug" ) ist eine Aktion die der Drucker beim Drucken ausführt wenn er im Leerlauf an eine andere Stelle fahren muss um dort weiter zu drucken. Dabei wird das Filament vom Extruder automatisch kurz zurück gezogen und wieder vorgeschoben. Dadurch wird verhindert, dass man zwischen den objekten Fäden zieht, oder sich Kleckse Bilden. Durch das Zurückziehen wird der Druck in der Düse reduziert, und das Filament fliesst nicht mehr sofort aus der Düse. Sobald die Düse am richtigen Ort ist um weiter zu drucken, wird das Filament dann wieder vorgeschoben, und der Druck in der Düse ist wieder da.

Je nach System und Material muss unterschiedlich mit Retraction umgegangen werden. Bei einem Bowden System muss die Retraction Distanz auf jedenfall höher sein, als bei einem Direct-Drive System.

Wird permanend zuviel Filament zurück gezogen und wieder vorgeschoben, so kann es zu verstopften Düsen führen. Dies passiert, weil dann noch zuviel flüssiges Filament in der Düse ist, und immer wieder frisches FIlament da reingeschoben wird. Beim zurückziehen bildet sich ein kleiner Tropf am Filament, und dieser wächst.. Bis das Material in der Düse verstopft. Wenn dies nicht bemerkt wird verbrennt und verkohlt das FIlament in der Düse. Dies führt dann zu komplett dichten Düsen. Diese wieder sauber zu bekommen ist Arbeit und braucht Geduldt.

Retraction ist also eine sehr gute Sache, um die Qualität eines Drucks zu verbessern, Es muss aber auch genau eingestellt werden, was einige Probedrucke bedingt. Wer sich die Arbeit allerdings macht, wird entsprechend mit sauberen Drucken belohnt.

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