3D-Drucker gibt es heute bereits ab etwas mehr als 100 Euro. Andere Modelle kosten hohe vierstellige Beträge. Hier erfahren Sie, wie 3D-Drucker funktionieren, welche Verfahren es gibt und was mit ihnen möglich ist.

Das Wichtigste in Kürze

  • Industrielle 3D-Druckverfahren sind für den Heimgebrauch ungeeignet
  • 3D-Drucker für zu Hause nutzen das FDM-Verfahren
  • Sie haben die Wahl zwischen günstigen Bausätzen und hochpreisigen kommerziellen 3D-Druckern für zu Hause

3D-Drucker für den Heimbereich

Während Sie im Heimbereich vor allem auf 3D-Drucker stoßen, die nach dem Fused-Deposition-Modeling-Verfahren (FDM) arbeiten, setzt die Industrie auf pulverbasierte Verfahren. Der Hauptunterschied: Das heimische FDM-Verfahren nutzt geschmolzenen Kunststoff, die industriellen Verfahren arbeiten mit Pulver, das entweder erhitzt oder mit einem speziellen Kleber zu einem festen Baukörper geformt wird.

Welche Verfahren für 3D-Druck nutzt die Industrie?

Industrielle 3D-Druckverfahren arbeiten mit einem Ausgangsmaterial, das in Pulverform vorliegt. Dies können Polymere sein, aber auch Metalle. Bei Polymeren nutzt man häufig das 3DP-Verfahren. Hierbei wird eine dünne Schicht Polymere in Pulverform mithilfe einer Walze auf eine Platte aufgetragen. Anschließend fügt der 3D-Drucker ein Bindemittel hinzu. Hierdurch härtet das Polymer aus und es entsteht eine solide Schicht aus Kunststoff. Wenn 3D-Drucker Objekte in Lagen übereinander aufbauen, spricht man von einem additiven Druckverfahren: Der Computer zerlegt das 3D-Modell in viele sehr dünne Schichten und baut diese aufeinander auf.

Elektronenschmelzen zum 3D-Druck von Metall

Auf die gleiche Weise funktioniert das Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Der Vorteil dieser Methode ist die Freiheit in der Materialwahl. So nutzt die Industrie das EBM-Verfahren zum Beispiel, um Baukörper aus Metall zu drucken. Statt Polymerpulver trägt der Drucker eine dünne Schicht Metallpulver auf eine Platte auf. Ein Elektronenstrahl erhitzt das Pulver, sodass es schmilzt und der Stoff sich zu einer festen Schicht verbindet.

Weitere 3D-Druckmethoden

Neben diesen beiden Verfahren gibt es noch eine Reihe weiterer Methoden, bei denen aus einem pulverförmigen oder flüssigen Ausgangsstoff mithilfe eines 3D-Druckers feste Baukörper geformt werden. Sie sind präzise und schaffen Baukörper, die selbst hohen Belastungen standhalten. So kommen sie auch beim Bau von Flugzeugen zum Einsatz. Für den privaten Bereich sind diese Verfahren allerdings nicht geeignet.

3D-Drucker für den Heimgebrauch: Wie funktionieren sie?

Wirklich etabliert hat sich 3D-Druck im Heimbereich erst durch erschwingliche Drucker, die nach dem FDM-Verfahren arbeiten. Auch dies ist ein additives Druckverfahren. Statt eines Pulvers, das zu festen Lagen erhitzt oder verklebt wird, nutzen FDM-Drucker geschmolzenen Kunststoff.

Der Kunststoff liegt in Form eines Filaments, also eines dünnen Fadens vor. Der Drucker erhitzt das Filament, sodass es sich verflüssigt. Anschließend presst er das geschmolzene Filament durch eine feine Düse. Diese bewegt sich mithilfe von computergesteuerten Motoren an drei Achsen entlang und spritzt den Kunststoff auf eine erwärmte Glasplatte. An der Luft kühlt der Kunststoff ab und verhärtet sich. Lage für Lage baut der 3D-Drucker so einen festen Baukörper auf.

Dank FDM sind 3D-Drucker heute erschwinglich

Das FDM-Verfahren hat gegenüber den industriellen Methoden für 3D-Druck einen großen Vorteil: Es ist günstig. Ein FDM-Drucker lässt sich sogar in Eigenregie bauen. Dass dies mit den nötigen Vorkenntnissen möglich ist, beweisen Bastler auf der ganzen Welt. Erhältlich sind diese 3D-Drucker heute bereits für deutlich unter 200 Euro. Der einzige Nachteil: Meist handelt es sich dabei um Bausätze, die Sie zunächst zusammensetzen müssen. Bekannt sind diese 3D-Drucker als RepRap-Drucker. RepRaps sind Open Source. Das heißt, dass neben den Komponenten, aus denen sie bestehen, auch die Software frei erhältlich ist. Damit komplexe Baukörper durch das Addieren von Lagen aus geschmolzenem Kunststoff entstehen, muss die Düse sich präzise bewegen können.

Kommerzielle 3D-Drucker für den Heimbereich

Wenn Sie Ihren 3D-Drucker nicht selbst zusammenbauen möchten, haben Sie die Wahl aus einer Vielzahl kommerzieller Modelle. Diese sind zum großen Teil vormontiert und bereits programmiert. Hier müssen Sie sich weder mit dem Aufbau noch mit der aufwendigen Kalibrierung eines RepRap-Druckers beschäftigen.

Einsteiger in den 3D-Druck können mit einem kommerziellem 3D-Drucker, zum Beispiel vom Hersteller Makerbot, ohne Vorkenntnisse präzise Drucke erstellen. Auch ein RepRap kann genaue Ergebnisse produzieren. Er benötigt dafür aber deutlich mehr Kalibrierung.

Einsatzmöglichkeiten und Kosten eines 3D-Druckers

Das FDM-Verfahren ist ausgereift, hat aber Grenzen. Diese liegen vor allem in der Belastbarkeit und in der Auflösung der Drucke. Mit einem 3D-Drucker können Sie problemlos Skulpturen oder Objekte drucken, die keine hohen Anforderungen an Passgenauigkeit und Stabilität haben. Dies ist auch mit einem RepRap möglich.

Viele Verwender eines 3D-Druckers nutzen ihn für den Modellbau. Hier müssen die Teile genau passen und oft auch Belastungen standhalten. Mit dem FDM-Verfahren ist dies grundsätzlich möglich, jedoch sollten Sie hierfür zu einem hochwertigen kommerziellen Drucker greifen wie dem Makerbot Replicator. Statt ein paar Hundert Euro für einen RepRap bezahlen Sie dann allerdings zwischen 2.000 und 3.000 Euro für Ihren Drucker.

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