3D-Druckdienste: Druckfrisch geliefert

8. November 2018 Mehr

Professionelle 3D-Drucker lohnen sich nur für Vieldrucker. Für gelegentliche Druckaufträge sind Dienstleister eine Alternative. Wie findet man den Richtigen und wie funktioniert der Online-Druck?

Für kleine und mittlere Büros ist der Kauf und Betrieb eines professionellen 3D-Druckers ab 10.000 Euro nur selten wirtschaftlich. Braucht man Modelle, Muster oder Prototypen nur gelegentlich, ist die Beauftragung eines 3D-Druckdienstleisters meist sinnvoller. Bei der Auswahl des passenden Anbieters, der 3D-Konstruktion und Datenübergabe, sollte man allerdings auf wichtige Details achten. Sonst besteht die Gefahr, dass das, was nach ein paar Tagen geliefert wird, nicht genau dem entspricht, was man am PC konstruiert hat.

Wofür kann man 3D-Druckdienste nutzen?
Maßstäbliche Modelle, Prototypen oder Muster fertigen 3D-Druckdienstleister ebenso, wie Einzelstücke oder Kleinserien. Neben klassischen 3D-Druckmaterialien wie Kunststoffen oder Gips werden auch Objekte aus Holzwerkstoffen oder Metallen gedruckt. Anschließend kann man sie bei Bedarf schleifen, bohren und lackieren. Auch Verschleiß- oder Ersatzteile müssen übrigens nicht unbedingt teuer vom Hersteller bezogen werden, sondern können – bei Bedarf sogar individuell modifiziert – beim 3D-Druckdienstleister bestellt werden. Die Muster-, Einzel- und Kleinserienfertigung sowie der Ersatzteiledruck stellen allerdings höhere Ansprüche, etwa an die mechanische Festigkeit, statische oder thermische Belastbarkeit etc. Das schränkt die Auswahl der Anbieter, Druckverfahren und Werkstoffe ebenso ein, wie der Druck großformatiger Objekte. Letztere setzen große Bauräume voraus, die nicht alle professionellen 3D-Druckdienstleister bieten. Nahezu alles ist druckbar: Kunststoff- und Metallstrukturen, elastische, transparente oder transluzente Materialien, Holzwerkstoffe inklusive Maserung oder massive Bauteile aus Beton, mit oder ohne Eisen-, Glasfaser- oder Textilarmierung etc. Es können sowohl Objekte aus unterschiedlichen Materialien oder Farben als auch bewegliche Funktionsmodelle in einem Arbeitsgang gefertigt werden.

 

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Druckfrisch geliefert: über 3D-Druckdienstleister kann man additive Fertigungsverfahren nutzen, ohne einen 3D-Drucker kaufen zu müssen. Foto:©Softtech

 

Woher kommen die Druckdaten?
Der 3D-Druck setzt fehlerfreie 3D-Modelldaten voraus. Das ist die größte Hürde additiver Fertigungsverfahren, denn nicht jedes Planungsbüro konstruiert am PC dreidimensional und nicht jedes 3D-Modell ist sofort fehlerfrei druckbar. Konstruiert man nicht sorgfältig, ist eine mehr oder weniger aufwendige Modellkorrektur oder gar eine komplette Neuerstellung der Geometriedaten erforderlich. Modelle für den 3D-Druck werden in der Regel mit CAD- oder Modellierprogrammen erzeugt. Viele, aber längst nicht alle Programme verfügen über entsprechende Schnittstellen. Das für die rechnergestützte Modellgenerierung wichtigste 3D-Datenformat STL (STereoLitography) unterstützt vor allem designorientierte CAD-, Modellier- und Rendering-Programme, wie zum Beispiel 3DS-Max, Cinema4D, FormZ, Maya, MegaCAD, Rhino 3D, SketchUp, SolidWorks und andere. Aber auch einige bauspezifische CAD-Programme wie beispielsweise ArchiCAD, Allplan, SketchUp, Spirit, Pytha oder Vectorworks verfügen über eine STL-Schnittstelle. Weitere wichtige Datenformate sind 3DM, 3DS, 3MF, SKP, STEP, IGES etc. Auch das 3D-Laserscanning ist eine mögliche Datenquelle für die additive Fertigung. Mit handgeführten oder stationären Laserscannern lassen sich in wenigen Minuten auch sehr komplexe Objekte dreidimensional erfassen. Hinterschneidungen, Hohlräume oder Fehlstellen setzen allerdings eine Nachbearbeitung der Scandaten voraus. Außerdem müssen die Scandaten anschließend in ein CAD-Volumenmodell überführt werden. Eine weitere Quelle für 3D-Druckmodelldaten sind 3D-Bibliotheken, wie etwa das Google 3D-Warehouse, Thingiverse, Youmagine oder Pinshape. Hier findet man zahlreiche, auch für den Architektur-/Innenarchitekturbereich geeignete kostenpflichtige oder kostenfreie Objekte, die man individuell modifizieren kann. Auch einige 3D-Druckdienstleister
(z. B. www.trinckle.com) haben auf ihrer Seite Online-Plattformen eingerichtet, in denen Nutzer Modelldaten austauschen können. Im Falle einer kommerziellen Nutzung sollte man allerdings die jeweiligen Nutzungsbedingungen beachten.

 

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Foto:©CNC Automation Würfel, www.druckpunkt.pro

 

Was wird mit welchem Verfahren gedruckt?
Inzwischen gibt es eine Vielzahl additiver Fertigungsverfahren. Jedes hat seine verfahrens- und materialbedingten Eigenschaften, Vor- und Nachteile. Dazu zählen die Oberflächenstruktur, Präzision, Stabilität, Materialeigenschaften, Modellgröße, eventuelle Stützstrukturen, der Materialpreis und so weiter. Was wofür eingesetzt wird, muss von Fall zu Fall entschieden werden. Zu den am häufigsten eingesetzten Verfahren zählen das Selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS), das Düsen- oder Filamentschmelz-Verfahren (FDM), das Pulverklebeverfahren (3DP), das Flüssigmaterial- oder Photopolymerverfahren (SLA). Daneben gibt es zahlreiche weitere Verfahren, etwa Kombinationen aus SLA und Metallguß. Die Funktionsweisen sind ähnlich: Entweder wird über einer mit Flüssigkunststoff oder Metall-/Kunststoffpulver gefüllten Kammer eine von einem Schrittmotor gesteuerte Lasereinheit geführt. Dort, wo der Laserstrahl die Konturen des Bauteils abfährt, erhärtet das Druckmaterial schichtweise. Oder das Material wird direkt aus einer Druckkopfdüse schichtweise aufgebracht und erhärtet selbstständig. Eine Vorrichtung senkt die erhärtete Schicht ab, beziehungsweise der Druckkopf hebt sich. Anschließend fährt der Laser oder Druckkopf die Kontur erneut nach, bis eine neue Ebene fertig ist. Auf diese Weise entsteht schichtweise von unten nach oben das Objekt, das anschließend gegebenenfalls gehärtet, gereinigt, getrocknet, geglättet, lackiert, respektive von eventuellen Stützkonstruktionen befreit werden muss. Die Baugröße professioneller Dienstleister reicht von etwa 40 x 25 x 20 Zentimetern, bis hin zu Großformatdruck-Anbietern mit Bauraumgrößen von
4 x 2 x 1 Metern und mehr.

 

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Maßstäbliche Modelle, 1:1-Prototypen oder Schablonen fertigen 3D-Druckdienstleister ebenso, wie Einzelstücke oder Kleinserien im Maßstab 1:1. Foto:©BigRep

 

Was muss man beachten?
Häufig kommt es bei der Konstruktion und Übergabe an den 3D-Druckdienstleister zu Problemen, die verschiedene Ursachen haben können. Viele Probleme resultieren aus der unterschiedlichen Art und Weise, wie 3D-Körper vom jeweiligen CAD-Programm modelliert werden. Das kann man nur individuell lösen. Es gibt aber auch allgemeine Regeln, damit der 3D-Druck reibungslos klappt.
Modelloberfläche: Damit ein Modell gedruckt werden kann, muss seine Oberfläche komplett geschlossen („wasserdicht“) sein und darf keine Löcher oder Lücken aufweisen. Mit speziellen Programmen
(z. B. mit dem kostenlosen Netfabb Basic oder Mashlab) lassen sich löchrige Modelloberflächen schließen.
Flächenausrichtung: 3D-Modelloberflächen werden durch viele kleine Dreiecke definiert, die eine Innen- und Außenseite haben. Ist innen und außen im Modell nicht korrekt definiert, entstehen Druckfehler. Auch diese Probleme lassen sich mit speziellen Funktionen oder Programmen beheben.
Wandstärken: Für SLS-/SLM- oder FDM-Drucke sollten Wandstärken von 1,0 mm nicht unterschritten werden, bei Teilen ohne mechanische Belastung ist auch minimal 0,8 mm möglich. Bei anderen Verfahren wie Gips oder Acrylglas sollten die Wandstärken mindestens 2,0 mm betragen.
Spaltmaße: Zwischen zwei Bauteilen eines Modells sollte ein verfahrens- und materialabhängiger Mindestabstand eingehalten werden, da diese sonst beim Druck miteinander verschmolzen werden. Spalten oder Löcher werden dann nicht oder unsauber gedruckt. Empfohlen werden mindestens 2,0 mm.
Modellgröße: Der Bauraum von 3D-Druckern ist begrenzt, sodass ein Modell nicht hineinpasst. Dann kann man es verkleinern, herausragende Bauteile am Modell weglassen, das Modell in mehreren Teilen drucken und später zusammensetzen oder man sucht einen anderen Dienstleister mit einem größeren 3D-Drucker.
Dateigröße: Auch die Größe von Upload-Druckdateien ist meist begrenzt (z. B. 32 MB). Ist die Druckdatei größer, kann man versuchen, sie nicht als ASCII-, sondern als Binär-Code im jeweiligen Programm zu speichern. Letzteres benötigt weniger Speicherplatz. Die Datei wird dadurch kleiner, ohne an Qualität zu verlieren.

 

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Der 3D-Druck setzt 3D-Modelldaten voraus, allerdings konstruiert nicht jedes Büro am PC dreidimensional. Foto:©MakerBot

 

Wie kommen die Daten vom PC zum 3D-Drucker?
Wurde das zu druckende Objekt im CAD- oder Modellierprogramm korrekt konstruiert, kann es für den 3D-Druck per Export-Funktion ausgegeben werden. Meist wird dazu das STL-Datenformat verwendet. Das ist quasi eine Art „Esperanto“ in der 3D-Druckbranche, die von allen 3D-Druckern verstanden wird. Beim STL-Export wird das 3D-Modell in eine Vielzahl kleiner Dreiecke umgewandelt, mit denen die Modelloberfläche eindeutig definiert wird. Je kleiner die Dreiecke sind, desto genauer wird die Objektoberfläche dargestellt. Das Format ist deshalb so verbreitet, weil es so einfach ist. Durch die Reduktion der Datenmenge sind STL-Dateien klein und können damit problemlos per E-Mail versandt oder per Upload-Funktion dem Druckdienstleister übergeben werden. Allerdings transportiert STL nur Basisinformationen der Objektform. Farben oder Texturen werden nicht gespeichert, diese müssen bei Bedarf separat ergänzt werden. Während der Druckvorbereitung beim Druckdienstleister werden mit einer druckerspezifischen Treibersoftware verfahrens- und materialspezifische Einstellungen vorgenommen, gegebenenfalls unterschiedliche Modellfarben oder -materialien definiert und das Modell im Druckraum ausgerichtet. Anschließend unterteilt die Software die Geometrie in scheibenförmige Querschnitte, wobei die Scheibendicke der Schichtdicke einer Druckschicht entspricht. Je kleiner die Schrittabstände, desto glatter die Oberflächen, desto länger werden aber auch die Druckzeiten. Gängige Schichtdicken professioneller Drucker liegen zwischen 0,5 bis 0,001 mm.

Wie funktioniert der Online-Druck?
Immer mehr Anbieter offerieren 3D-Druckdienste als Online-Service. Aus dem großen Angebot das Passende zu finden, ist deshalb nicht einfach. Wichtig ist, auf Firmenkunden spezialisierte Dienstleister zu wählen, denn nur diese bieten professionelle Druckverfahren, Materialien und Qualitäten. Neben Allround-Dienstleistern gibt es auch auf bestimmte Anwendungsbereiche, Verfahren oder Materialien, wie etwa den Metalldruck, spezialisierte Anbieter. Gute, teilweise nach Postleitzahlen sortierte Übersichten von 3D-Druckdienstleistern in D-A-CH findet man unter: https://3druck.com/dienstleister und https://www.3d-grenzenlos.de/listen/3d-drucker-dienstleister

Das Grundprinzip ist einfach: Nach einem Upload der 3D-Modelldaten, der Definition von Druckparametern (Maßstab, Material, Druckverfahren, Farben, Oberflächen etc.) und Zahlungsmodalitäten sollte das Objekt innerhalb von drei bis sieben Werktagen gedruckt und per Paketdienst beim Kunden sein. Nach dem Hochladen wird das Modell automatisch auf Konformität und Fehler geprüft. Werden Probleme in der 3D-Datei festgestellt, kann man sie teilweise mit speziellen Reparaturfunktionen beheben oder der Nutzer erhält eine Nachricht. Die Preise richten sich nach dem Druckmaterial, dem Volumen, dem Druckverfahren, eventuellen Farben, Nachbearbeitungen etc. Meist wird der Preis für das konkrete Objekt entsprechend der gewählten Druckoptionen automatisch berechnet und angezeigt. Bei Änderungen des Objekts oder der Druckparameter passt er sich automatisch an. Da es keine Standards gibt, sind die Preise und Qualitäten sehr unterschiedlich. Sie reichen von 0,5 bis 5 Euro pro Kubikzentimeter und mehr. Deshalb sollte man sich vorher Angebote einholen, Referenzmodelle anschauen und gegebenenfalls Einsparmöglichkeiten überlegen (anderes Verfahren/Material, kleinerer Maßstab, Hohlräume bilden etc.). Die 3D-Druckobjekte können vom Dienstleister teilweise auch nachbearbeitet werden, zum Beispiel Gewinde gebohrt oder Flächen plan abgefräst werden. 3D-Druckdienste, bei denen die Daten vor dem Druck nicht überprüft werden, sind zwar günstiger, jedoch nur erfahrenen Nutzern zu empfehlen. Denn es werden auch fehlerhafte Modelle gedruckt und abgerechnet. Ein wichtiger Aspekt des 3D-Drucks ist auch der Schutz sensibler Projektdaten. Werden diese dem Druckdienstleister digitaler Form übergeben, hat der Urheber keinen Einfluss darauf, was nach dem 3D-Druck damit passiert. Er muss darauf vertrauen, dass der Dienstleister sorgsam damit umgeht und hierzulande geltende Datenschutz- und Sicherheitsstandards einhält.

 

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Der 3D-Druck setzt 3D-Modelldaten voraus, allerdings konstruiert nicht jedes Büro am PC dreidimensional. Foto:©MakerBot

 

Praxistipps: Darauf sollte man achten
Druckdienstleister Florian Reichle von Trinckle 3D (www.trinckle.com) hat für die Konstruktion und Datenübergabe folgende Praxistipps parat: „Die häufigsten Fehler werden in Bezug auf die Konstruktion und den Modellmaßstab gemacht. CAD für die Architektur-, Raum- und Möbelplanung ist meist nicht für den 3D-Druck ausgelegt, weshalb häufig Fehler in den Modellen entstehen, wie nicht verbundene Kanten oder nicht geschlossene Oberflächen. Dies lässt sich meist leicht im jeweiligen CAD-Programm bereinigen oder mit externen Programmen. Beim STL-Export sollte man darauf achten, eine ausreichende Auflösung (Tesselierung) einzustellen. 0,1 mm Kantenlänge der Dreiecke bei gekrümmten Flächen ist meist optimal. Ein weiterer, häufiger Fehler sind zu viele und zu filigrane Modelldetails wie dünne Wände, Stützen, Geländer oder Griffe. Wird das Objekt kleinmaßstäblich ausgegeben, werden diese Details zu klein für den 3D-Druck. Deshalb muss man auf materialabhängige Mindestabmessungen achten und bestimmte Details weglassen.“

 

Dienstleister*
www.1zu1prototypen.com, www.3d-activation.de, www.3d-fabrik.eu, www.3d-prototyp.com, www.3d-solutions.at, www.3dsystems.com, www.3dee.at, www.4dconcepts.de,
www.alphacam.de, www.architektur-modellbau.at, www.bigrep.com, www.conrad.at, www.druckpunkt.pro, www.fabberhouse.de, www.fabtory.de, www.fkm-lasersintering.de,
www.hawener.de, www.makeyourproduct.com, www.rapidobject.com, www.r-g-pilch.de,
www.ripremo.com, www.schnellmodell.at, www.sculpteo.de, www.shapeways.com, www.speedpart.de, www.staegi.de, www.stratasys.com, www.teller-3d-druck.de,
www.trinckle.com, www.voxeljet.de, Übersichten: https://3druck.com/dienstleister,
https://www.3d-grenzenlos.de/listen/3d-drucker-dienstleister

3D-Druckvorlagen*
3dwarehouse.sketchup.com, www.thingiverse.com, www.trinckle.com, www.youmagine.com, www.pinshape.com, Übersicht: https://3faktur.com/die-besten-seiten-fuer-3d-modelle-und-3d-druckvorlagen

Weitere Infos
www.3d-grenzenlos.de Online-Magazin
www.3dhubs.com 3D-Druckservice-Suche
www.3druck.com Online-Magazin
www.euromold.com http://www.3dhubs.com 3D-Druckservice-Suche
www.findafab.com/de Druckdienstleister suchen
www.rtejournal.de Forum für Rapid Prototyping
www.wikipedia.at Suche: 3D-Druck, Lasersintern etc.

* Ohne Anspruch auf Vollständigkeit

 

Text:©Marian Behaneck

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Kategorie: EDV

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