3D-Druck: Arbeitsmaterial und Ersatzteile einfach selber drucken

Handwerk 4.0: Das Drucken in 3D bietet für Handwerker zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten: Von Ersatzteilen bis hin zu Werkzeugen lässt sich vieles einfach selbst produzieren. Doch wie funktioniert der 3D-Druck und welche Anwendungsbereiche gibt es?

Dieser Artikel gehört zum Themen-Special Digitales Handwerk

Mit 3D-Druckern eröffnen sich für einige Gewerke ganz neue Potenziale. So können Handwerker vieles selbst produzieren: Von Ersatzteilen über Lebensmittel oder spezielle Werkzeuge bis hin zu Möbeln ist alles möglich. Dabei gibt es bei den Materialien kaum noch Grenzen: Die Palette reicht von Kunststoffen über Aluminium, Stahl, Silikon, Keramik und Gips bis hin zu Holz, das aus einem Holzpartikel- Kunststoff-Gemisch besteht. Typische Einsatzgebiete im Handwerk sind schon heute die Fertigung von Zahnersatz, Schmuck oder Hörgeräten.

Die größten Vorteile von 3D-Druck: Die aufwendige Fertigung von Gießformen entfällt. Außerdem sind deutlich weniger manuelle Arbeitsschritte nötig. Je nach Projekt und eingesetzten Materialien ist der 3D-Druck deshalb oft zeit- und kostensparend. Ein besonders interessantes Einsatzgebiet im Handwerk ist auch die Fertigung von Ersatzteilen: Diese müssen nicht mehr im Lager liegen oder zeitaufwendig bestellt werden, sondern lassen sich einfach selbst produzieren. Auf diese Weise sparen Handwerksbetriebe neben den Kosten für Lager und Transport auch Wartezeiten. Beim Nachdruck von Ersatzteilen anderer Hersteller müssen Handwerksbetriebe allerdings das Urheber-, Patent- und Gebrauchsmusterrecht beachten.

Schicht für Schicht zum Ziel

Das grundsätzliche Produktionsverfahren ist bei allen 3D-Druckern gleich: Die gedruckten Objekte bestehen aus vielen dünnen Schichten, die nacheinander aufgetragen und verfestigt werden. Deshalb nennt man diese Art des Drucks auch "additive Fertigung". Als Vorlage benötigt ein 3D-Drucker immer eine spezielle Datei, meist im standardisierten STL-Format (Abkürzung für Stereolithography). Diese lässt sich entweder mit CAD-Programmen (Computer Aided Design) selbst entwerfen oder per 3D-Scanner automatisch erzeugen. Viele 3D-Drucker verfügen mittlerweile über ein Display, so dass sich die Daten auch ohne PC von Speichersticks oder Netzwerk-Laufwerken laden lassen.

Kunststoffe als Druckmaterial

Die wirklichen Alleskönner unter den dreidimensionalen Druckern sind immer noch der Industrie vorbehalten und kosten nicht selten sechs- bis siebenstellige Summen. Dafür gibt es hier auch keine Grenzen bei Objektgrößen oder Materialien – sogar der Druck mit Metallen ist möglich. Erschwinglicher und vor allem für kleine Handwerksbetriebe interessant sind 3D-Printer, die verschiedene Arten von Kunststoffen als Druckmaterial nutzen.

Am verbreitetsten ist das Druckverfahren "Fused Filament Fabrication" (auch "Fused Deposition Modeling"). Hierbei werden Materialien durch Erhitzen weich und formbar gemacht. Dabei kommen meist thermoplastische Kunststoffe zum Einsatz, wie ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) oder PLA (Polyactide Acid). Eine heiße Düse, der sogenannte "Extruder", formt das Objekt dann Schicht für Schicht aus einem zuvor geschmolzenen Plastikdraht (Filament).

Einfache 3D-Drucker fügen an verschiedenen Stellen des Objekts Stützstrukturen hinzu, die später manuell entfernt oder weggeschliffen werden müssen. Hochwertigere Geräte nutzen einen zweiten Druckkopf für Stützstrukturen aus Materialien, die sich später in Flüssigkeiten auflösen lassen. Die zweite Druckdüse lässt sich auch zur gleichzeitigen Verarbeitung verschiedener Materialien oder Farben nutzen. Für Objekte mit besonderen Geometrien empfehlen sich ebenfalls 3D-Drucker mit mindestens zwei Extrudern.

Alternative: Externe Dienstleister

Damit sich die Anschaffung eines 3D-Druckers für Handwerksbetriebe rentiert, sollte vorab eine detaillierte Kosten-Nutzen-Rechnung erstellt werden. Denn bessere Geräte kosten meist mehrere Tausend Euro – und deshalb müssen oft viele 3D-Objekte produziert werden, bis sich der Drucker amortisiert. Zudem sind einige Materialien, zum Beispiel Metalle, im 3D-Druck sehr teuer. Wenn in Betrieben nur vereinzelt 3D-Druckaufträge anfallen, sollten diese besser an externe Dienstleister vergeben werden. Wichtig ist hier neben einer fachkundigen Beratung zu Materialien und Drucktechniken auch die Produktion nach den individuellen Wünschen des Betriebs.

3D-Druck: Vorlagen und Dienstleister Anbieter von Druckvorlagen: 3d-grenzenlos.de/3d-druckvorlagen
Dienstleister 3D-Druck: 3d-grenzenlos.de/listen/3d-drucker-dienstleister
Online-Fertigungsplattform für 3D-Druck: hubs.com/de

Externe Dienstleister für 3D-Druckaufträge

Bei der Vergabe von 3D-Druckaufträgen an externe Dienstleister sollten Betriebe vorab einige Fragen klären:

• Gibt es Mindest- oder Maximalgrößen für das Druckobjekt?
• Welche 3D-Vorlagen oder Dateiformate werden benötigt (zum Beispiel STL-Datei, G-Code et cetera)?
• Wird die Vorlage vom Dienstleister vorab überprüft und bei Bedarf optimiert (zum Beispiel bei Skalierungsfehlern, Flächenausrichtung et cetera)?
• Wenn es noch keine digitale Vorlage gibt: Kann der Dienstleister einen 3D-Scan gegen Aufpreis erstellen? - Welche Detailtiefe bietet der 3D-Druck? Bei vielen Druckverfahren sind filigrane Details unter einem Millimeter nur schwer oder zu höheren Kosten realisierbar.
• Welche Materialien stehen zur Verfügung? Und welche eignen sich für den Druckauftrag am besten (zum Beispiel thermoplastische Kunststoffe, flüssige Photopolymere, Keramik, Silikon, Metall et cetera)?
• Gibt es Muster der eingesetzten Materialien oder konkrete Druck-Beispiele?
• Ist ein Material-Mix möglich?
• Sind einzelne Materialien unter Umständen gesundheitsschädlich?
• Sind mehrfarbige Druckergebnisse möglich?
• Sind die 3D-Druckergebnisse nur als Prototyp oder auch im finalen Produkt verwendbar?
• Sind abschließende Nachbearbeitungen nötig (zum Beispiel Schleifen) beziehungsweise werden diese übernommen?
• Mit welchen Gesamt-Kosten ist zu rechnen?
• Welche Bedingungen gelten für Garantie und Gewährleistung?

Foto: © Thomas Busch