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1 Einführung

2 Schnelleinstieg in die Welt des 3D-Drucks

2.1 Die wichtigsten 3D-Druck-Verfahren im Überblick

2.1.1 Stereolithografie (SLA), Selektives Lasersintern (SLS) und Selective Laser Melting (SLM)

2.1.2 Fused Filament Fabrication (FFF)/Fused Deposition Modeling (FDM)

2.1.3 Ausblick

2.2 Das 3D-Modell ‒ die Basis deines 3D-Druck-Projekts

2.2.1 Content-Plattformen ‒ die Verwendung bestehender Modelle

2.2.2 3D-Modellierung ‒ die Erstellung eigener Objekte

2.2.3 Scanning ‒ die digitale Erfassung von Objekten

2.2.4 Mögliche Dateiformate

3 3D-Druck-gerechtes Konstruieren ‒ die Basis für stabile und weiterbearbeitbare Objekte

3.1 Der Weg vom CAD-Modell zum 3D-gedruckten Teil

3.2 Umgang mit Kanten und Radien

3.3 Umgang mit Spitzen und Verrundungen

3.4 Umgang mit Wandstärken

3.5 Umgang mit variablen Wandstärken

3.6 Umgang mit „Bridge“-Segmenten

3.7 Umgang mit „Overhang“-Segmenten

3.8 Umgang mit Bohrungen

3.9 Geteiltes Modell und zusammengesetztes Werkstück

3.10 Funktionsgerechtes Konstruieren

3.10.1 Statisch optimiertes Konstruieren

3.10.2 Dynamisch optimierte Konstruktion

4 Slicing-Hinweise für 3D-Druck-Teile und deren Weiterverarbeitung

4.1 Vollkörper vs. Hohlkörper

4.2 Füllung von Hohlkörpern

4.2.1 Füllmodus

4.2.2 Füllungswinkel

4.2.3 Füllungsdichte

4.2.4 Das macht eine gute Füllung aus

4.3 Slicing von Boden-, Deckel- und Wandstärken

4.4 Optimale Ausrichtung auf dem Heatbed, Einsatz von Brim

4.5 Optimale Ausrichtung auf dem Heatbed, Vermeidung von Support

5 Weiterbearbeitung von 3D-Druck-Objekten

5.1 Grundlagen und Vorbereitung

5.2 Feilen

5.3 Manuelles Schleifen

5.4 Feinschleifen/Dremeln

5.5 Bohren

5.5.1 Bohren von Löchern mit einem Durchmesser kleiner 1,5 mm (d < 1,5 mm)

5.5.2 Bohren von Löchern mit einem Durchmesser größer 1,5 mm (d > 1,5 mm)

5.6 Fräsen

5.7 Gewindeschneiden

5.8 Passungen reiben

5.9 Drehen

5.9.1 Innendrehen

5.9.2 Außendrehen

5.10 Biegen

5.11 Prägen

5.12 Heißdrahtschneiden

5.13 Lasercutting

6 Verbindung von 3D-Druck-Teilen

6.1 Nut-Feder-Verbindung

6.2 Spundung

6.3 Schwalbenschwanzverbindung

6.4 Passstiftverbindung

6.5 Passfederverbindung

6.6 Verbindung durch eine Passverzahnung

6.7 Schraubverbindung

6.8 Nietverbindungen

6.8.1 Vollnieten

6.8.2 Hohlnieten

6.8.3 Blindnieten

6.9 Klebverbindung

6.10 Verbinden mittels Lötkolben

6.11 Verbinden mittels Heißluftlötstation

6.12 Verbindung mittels 3D-Pen

6.13 Verbindung mittels Rotationsreibschweißen (mit der Drehbank)

7 Oberflächenbehandlung und Beschichtung von 3D-Druck-Objekten

7.1 Versiegeln

7.1.1 Füllung mit Acryl-Spritzspachtel

7.1.2 Beschichtung mit Epoxidharz

7.1.3 Oberflächenbehandlung mittels Aceton

7.1.4 Oberflächenglättung mit dem Lötkolben

7.1.5 Oberflächenglättung mittels Heißluft

7.1.6 Oberflächenglättung mit dem 3D-Pen

7.2 Oberflächenglättung mittels Sandstrahlen

7.3 Bemalen

7.4 Spritzlackieren

7.5 Tauchbeschichtung mit Farbe/Lack

7.6 Rakelbeschichtung mit Farbe/Lack

7.7 Bedrucken

7.8 Laserbeschriftung und -gravur

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In letzter Zeit wird es zunehmend beliebter, sich eine kleine Figur oder Büste von sich selbst oder den Liebsten auf den Schreibtisch zu stellen. Eigentlich sollte das doch leicht zu realisieren sein, oder? Einfach einen Ganzkörper-Scan machen, das 3D-Modell an den Drucker schicken und fertig ist das 3D-Selfie. Naja, schön wär’s. Ganz so einfach ist es leider nicht. Wenn du die falschen Parameter beim 3D-Scanning wählst, erhältst du ein ungeeignetes 3D-Modell. Außerdem hat ein 3D-Drucker für den Hobbybereich nur ein bis zwei Farbdüsen. Somit ist das 3D-Drucken eines Objekts in voller Farbpracht nicht möglich.

Bild 1.1 3D-Modell einer Selfie-Büste (© 3D-Modell: „Selfie #6“ von FunkMasterSam, http://www.thingiverse.com/thing:764779)

Bild 1.2 3D-Modell einer Selfie-Figur für den Schreibtisch (© 3D-Modell: „Kyle 3D scan on pedestal“ von philosiraptor117, http://www.thingiverse.com/thing:940869)

Oder stell dir vor, dass beim Lieblings-Spielzeug-LKW deines Neffens oder Sohnes die Ladebordwand gebrochen ist und der Hersteller kein Ersatzteil mehr anbietet. Das Zauberwort heißt auch hier 3D-Druck. Also einfach die Ladefläche abmessen, im 3D-CAD-Programm modellieren und dann mit dem 3D-Drucker ausdrucken? Das klingt erst einmal einfach, doch wenn du bei der 3D-Konstruktion und den weiteren Schritten zum 3D-Druck bestimmte Dinge nicht beachtest, wird die Ladebordwand beim 3D-Drucken einfallen oder sich sogar von der Heizfläche des 3D-Druckers lösen. Du wirst vielleicht auch enttäuscht sein, dass beim 3D-Drucken keine völlig ebenen Flächen entstehen, obwohl diese im 3D-CAD-Modell so angelegt wurden.

Falls du nach deinen ersten Kontakten mit dem 3D-Druck etwas desillusioniert sein solltest, dann wirf bitte nicht die Flinte ins Korn. Dieses Buch zeigt dir, wie du 3D-Druck-gerecht konstruierst und was du bei der Datenaufbereitung beachten musst, um die Basis für stabile und nachbearbeitbare 3D-Druck-Objekte zu schaffen. Im nächsten Schritt erfährst du, wie du deine 3D-Druck-Teile weiterbearbeiten, verbinden und veredeln kannst, sodass daraus Gegenstände entstehen, die voll und ganz deinen Ansprüchen an Ästhetik und Funktionalität entsprechen.

In Kapitel 2 erhältst du zunächst einmal einen Schnelleinstieg in die Welt des 3D-Drucks. Du lernst die wichtigsten Verfahren der Additiven Fertigung kennen und bekommst eine Einführung in die Verwendung von Content-Plattformen, in die 3D-CAD-Konstruktion und ins 3D-Scanning.

Mit einem 3D-Drucker lässt sich fast jede Kontur drucken, doch es gibt Objekte, die sich einfach modellieren lassen, aber nur mit großem parametrischen Know-how drucken lassen. Damit du dasselbe Objekt nicht fünfmal vergeblich auszudrucken versuchst und schließlich entnervt aufgeben musst, vermittelt dir Kapitel 3 die Grundlagen des 3D-Druck-gerechten Konstruierens. Du lernst, wie du dein 3D-Objekt am besten modellierst, sodass es sich gut 3D-drucken und weiterbearbeiten lässt.

Bild 1.3 3D-gedruckter Spielzeug-LKW mit Ladebordwand (© Bild: „Toy Dump Truck“ von barspin, http://www.thingiverse.com/thing:537153)

Ein gut konstruiertes 3D-Modell muss sich jedoch nicht automatisch gut mit dem 3D-Drucker herstellen lassen. Um gute Druckergebnisse zu erzielen, müssen auch einige Grundregeln der Parametrisierung am 3D-Drucker (Slicing) beachtet werden. Diese werde ich dir in Kapitel 4 näherbringen.

Wie jedes Fertigungsverfahren hat auch das 3D-Drucken viele Vorteile, aber auch einige Nachteile. Ein Nachteil ist zum Beispiel, dass das Objekt schichtweise aufgebaut wird. Deshalb entsteht bei schrägen Flächen im 3D-Modell eine treppenförmige Kontur im 3D-gedruckten Objekt. Bild 1.4 zeigt die Karosserie eines Muscle-Cars für eine H0-Modelleisenbahnanlage (Maßstab 1 : 87). Hier ist die Treppenstruktur gut zu erkennen.

Bild 1.4 Karosserie eines 3D-gedruckten Muscle-Cars im Maßstab 1 : 87

Um aus der Treppenstruktur eine glatte Oberfläche zu erzeugen, kann die Karosserie nachbearbeitet werden. Hierzu könntest du z. B. eine Feile verwenden, doch es gibt noch eine Vielzahl anderer Fertigungsverfahren, die dich dabei unterstützen, eine ebene oder hoch genaue Kontur an einem 3D-gedrucktem Werkstück zu erlangen. Mit den für Maker geeigneten spanabhebenden Fertigungsverfahren und wie diese für die Weiterbearbeitung von 3D-Druck-Objekten eingesetzt werden können, beschäftigt sich Kapitel 5.

Bei komplexeren Objekten ist es sinnvoll, diese aus mehreren Einzelbauteilen zu fertigen. Bild 1.5 zeigt ein Mikrodiorama, das ich für eine Modellbaumesse für Kinder gebaut habe. Der darin enthaltene Schneemann mit beweglichen Armen besteht aus mehreren, 3D-gedruckten Teilen.

Bild 1.5 Diorama mit Schneemann im Maßstab 1:87; 3D-Modell des aus mehreren Teilen bestehenden Schneemanns

Die Einzelteile haben den Vorteil, dass sie sich prozesssicher 3D-drucken lassen. Danach müssen sie natürlich noch zusammengefügt werden. Die Teile könnten z. B. zusammengeklebt werden, aber es gibt noch eine Vielzahl anderer Verbindungsverfahren, die du anwenden kannst. Es gibt Verfahren, welche die Teile unlösbar miteinander verbinden, und solche, die eine Bewegung zwischen den Bauteilen erlauben. Jedes Verfahren hat seine Vor- und Nachteile. In Kapitel 6 lernst du, wann du welches Verbindungsverfahren am besten einsetzt.

Ziehen wir noch einmal das Muscle-Car als Beispiel heran. Nach dem Ausdruck der Karosserie können wir die Räder mit der Karosserie verbinden. Aber wäre es nicht schön, wenn die Karosserie eine glänzende, ebene Oberfläche aufweisen würde, oder wenn der obligatorische Rallystreifen angebracht wäre? (Bild 1.6) In Kapitel 7 erfährst du alles zur Oberflächenbehandlung und Beschichtung von 3D-Druck-Objekten.

Bild 1.6 Modifiziertes 3D-Modell des Muscle-Cars mit Rally-Streifen (© 3D-Modell: „Camaro 2010“ von Boluuudo, http://www.thingiverse.com/thing:28685)

Du siehst also ‒ mit dem 3D-Drucker und einigen simplen Werkzeugen, die in jedem gut sortierten Hobbykeller zu finden sind, kannst du qualitativ hochwertige und kunstvolle 3D-Druck-Objekte erstellen, die den Vergleich mit industriell gefertigten Gegenständen nicht zu scheuen brauchen.

Danksagung

Ich möchte mich an dieser Stelle bei allen Personen bedanken, die es mir ermöglicht haben, dieses Buch zu veröffentlichen. Ein besonderer Dank gilt folgenden Firmen, die mir Abbildungen oder anderes Material zu ihren Produkten zur Verfügung gestellt haben: Actionsport Regensburg, Kerb-Konus-Vertriebs GmbH, Pollin Electronic GmbH, Proxxon GmbH und Stepcraft GmbH & Co. KG.

Nun aber genug der Vorrede. Bist du schon gespannt darauf, wie du das Beste aus deinen 3D-Druck-Teilen herausholen kannst? Dann lass uns loslegen! Ich wünsche dir viel Freude bei der Lektüre dieses Buches.

Amberg, Dezember 2016

Hartmut Rother