Coole Objekte mit 3D-Druck E-Book

Hanselmann Jochen

• Herausgeber: Franzis Verlag
• Kategorie: Geisteswissenschaft
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2014

Beschreibung

Sind Sie bereits stolzer Besitzer eines 3D-Druckers oder überlegen Sie, sich ein Gerät zuzulegen? Unabhängig davon, ob Sie schon einen 3D-Drucker besitzen oder nicht, stellen Sie sich wahrscheinlich die Frage, wie man am schnellsten damit produktiv werden kann. Die Antwort auf die Frage: Praxis! Nur indem Sie ausprobieren und selbst Projekte umsetzen, werden Sie sich in die Materie des 3D-Druckens einarbeiten können. Die Autoren zeigen Ihnen bebilderte Schritt-für-Schritt-Anleitungen, mit denen Sie die notwendige Praxiserfahrung sammeln können. Die Anleitungen sind unabhängig vom Druckermodell. Von den Grundlagen bis zum gedruckten Gegenstand Neueinsteiger im Bereich 3D-Druck werden mit vielen neuen Begriffen konfrontiert, die hier in einem ausführlichen Glossar erläutert werden. Vor dem ersten Druck sind viele Fragen zu klären: Welches Material eignet sich für den Drucker und den gewünschten Gegenstand? Mit welcher Software kommt man am schnellsten zum Ziel und wie geht man bei der Gestaltung eines 3D-Modells vor? Diese Fragen und viele mehr werden in diesem Buch beantwortet. In Schritt-für-Schritt-Anleitungen wird gezeigt, wie man eigene Modelle gestaltet und wie daraus gedruckte Gegenstände werden.

Leseprobe

Jochen Hanselmann und Roberto Micieli

Coole Objekte mit

3D-Druck

Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek

Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;

detaillierte Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

Hinweis: Alle Angaben in diesem Buch wurden vom Autor mit größter Sorgfalt erarbeitet bzw. zusammengestellt und unter Einschaltung wirksamer Kontrollmaßnahmen reproduziert. Trotzdem sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Der Verlag und der Autor sehen sich deshalb gezwungen, darauf hinzuweisen, dass sie weder eine Garantie noch die juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für Folgen, die auf fehlerhafte Angaben zurückgehen, übernehmen können. Für die Mitteilung etwaiger Fehler sind Verlag und Autor jederzeit dankbar. Internetadressen oder Versionsnummern stellen den bei Redaktionsschluss verfügbaren Informationsstand dar. Verlag und Autor übernehmen keinerlei Verantwortung oder Haftung für Veränderungen, die sich aus nicht von ihnen zu vertretenden Umständen ergeben. Evtl. beigefügte oder zum Download angebotene Dateien und Informationen dienen ausschließlich der nicht gewerblichen Nutzung. Eine gewerbliche Nutzung ist nur mit Zustimmung des Lizenzinhabers möglich.

© 2014 Franzis Verlag GmbH, 85540 Haar bei München

Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Das Erstellen und Verbreiten von Kopien auf Papier, auf Datenträgern oder im Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt.

Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzeichen und sollten als solche betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller.

Programmleitung und Lektorat: Dr. Markus Stäuble

Aufmacherbilder: Mathias Vietmeier

Satz & Layout: DTP-Satz A. Kugge, München

art & design:www.ideehoch2.de

Druck: Neografia, a.s.

Printed in Slovakia

ISBN 978-3-645-60322-5

Vorwort

Seit 2011 erlebt der 3D-Druck einen enormen Nachfragezuwachs, gelegentlich wird auch von einem 3D-Druck-Hype gesprochen. Verschiedene Verfahren wurden aber bereits in den späten Achtzigerjahren des letzten Jahrhunderts erfunden und bis vor ein paar Jahren fast ausschließlich in der Industrie zur Erstellung von Prototypen eingesetzt. Open Hardware, Open Source und andere Faktoren wie die Steigerung von Rechenleistung und die Verfügbarkeit von Cloud Computing haben dazu beigetragen, dass 3D-Drucker und erforderliche Programme günstiger und einfacher in der Bedienung geworden sind. Das Faszinierende ist, dass heute im Prinzip jeder ein Produzent werden kann. Die Einstiegsbarrieren sind so weit gesunken, dass selbst Zweitklässler eigene 3D-Modelle kreieren und über einen günstigen 3D-Drucker herstellen können. Über 3D-Druck-Dienstleister ist sogar die Nutzung von sehr teuren Industrie-3D-Druckern nur einen Mausklick entfernt. Aus Neugierde, Experimentierlust oder zur konkreten Materialisierung der eigenen Ideen beschäftigen sich immer mehr Leute mit den Möglichkeiten »digitaler Produktion«.

Der Begriff »3D-Druck« – im Englischen »3D Printing« – mag zunächst irreführend sein, da der Vorgang nur entfernt mit dem Drucken auf Papier verwandt ist. Mit dem 3D-Druck im gleichen Atemzug wird auch von »additiver« oder »generischer« Fertigung gesprochen. Allen Verfahren gemeinsam ist die Produktion eines Objekts durch das schichtweise (additive) Auftragen eines oder mehrerer Materialien ohne den Einsatz von Formen oder Werkzeugen. Viele konventionelle Fertigungsverfahren, wie Fräsen oder Drehen, tragen hingegen Material ab. Prinzipiell kann mit einem 3D-Drucker fast jede beliebige Geometrie hergestellt werden. In einem Fertigungsauftrag können sogar mehrere völlig unterschiedliche Objekte gleichzeitig produziert werden.

Mittlerweile sind 3D-Drucker-Bausätze für ein paar Hundert Euro zu kaufen, gute fertige Geräte gibt es ab ca. 1.000 Euro. Für Hobbyisten, Erfinder, Produktdesigner, Kinder etc. eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, eigene Ideen zu einem greifbaren Objekt zu machen.

Doch noch ist 3D-Druck nicht »Plug-and-play«. Im Vergleich zu anderen Produktionsverfahren fehlen auch der Industrie die langjährigen Erfahrungen. Vom Entwicklungsstand her steckt der 3D-Druck heute noch in den Kinderschuhen – wie der PC Mitte der Achtzigerjahre. Teilweise sind die Erwartungen von Herstellern, aber auch von den Medien, zu hoch. Um konstante und qualitativ gute Ergebnisse mit einem 3D-Drucker zu erzielen, ist es erforderlich, das Zusammenspiel von Materialien, Mechanik, 3D-Design und einer Fülle von Parametern in unterschiedlichen Programmen zu verstehen sowie ausgiebig Praxiserfahrung zu sammeln.

In diesem Buch lernen Sie diese Grundlagen und erforderlichen Zusammenhänge der faszinierenden Welt des 3D-Drucks übersichtlich und strukturiert kennen. Die Inhalte und Praxistipps basieren auf unseren eigenen Erfahrungen, intensiven Recherchen, fehlgeschlagenen Drucken, zahlreichen durchgeführten Workshops und dem intensiven Austausch mit der 3D-Druck-Community. Wir zeigen die erforderlichen Schritte von der Idee bis zum 3D-Druck auf und geben Tipps für die Praxis sowie zu hilfreichen, meist kostenlosen Programmen. In Schritt-für-Schritt-Anleitungen lernen Sie, eigene 3D-Modelle zu erstellen, Objekte günstig dreidimensional zu scannen und diese mit einem 3D-Drucker zu produzieren.

Da der ganze Markt sehr dynamisch ist und im Wochentakt neue Programme, Drucker und Services auf den Markt kommen, spiegelt unser Buch nur die aktuelle Lage und einen Ausschnitt aus dem riesigen online verfügbaren Informationsangebot wider.

Seien Sie beruhigt, für einen erfolgreichen Start benötigen Sie keine elektronischen oder tief gehenden technischen Kenntnisse. Wir selbst sind auch Quereinsteiger und umso dankbarer, an der faszinierenden Entwicklung des 3D-Drucks teilhaben zu dürfen. Bei zahlreichen Treffen, virtuell und in der realen Welt, haben wir viele engagierte 3D-Druck-Begeisterte kennengelernt, die ihre Erfahrungen mit uns geteilt haben. An dieser Stelle ein ganz großer Dank an alle, die uns diesen Einstieg erleichtert haben, für die vielen interessanten Gespräche und den wertvollen Austausch. Vielen Dank an alle Designer, die ihre 3D-Modelle kostenlos zur Verfügung stellen, und alle Entwickler und Firmen, die es ermöglichen, sehr geniale Programme und Services kostenlos oder sehr günstig zu nutzen. Diese engagierte Community ist einer der wichtigsten Faktoren für den Erfolg von 3D-Druck und gleichzeitig Motivationsfaktor, dabei zu sein und sich selbst aktiv zu engagieren.

Wir wünschen Ihnen viel Freude beim Lesen und gutes Gelingen bei Ihren ersten Schritten in den 3D-Druck. Wir sind gespannt, was Sie selbst designen und produzieren werden, welche Ersatzteile Sie zu Hause drucken und welche Erfahrungen Sie mit 3D-Druck machen werden. Schildern Sie uns Ihre Erlebnisse, Anregungen und Verbesserungsvorschläge: [email protected].

Wiesendangen und Zürich, März 2014

Jochen Hanselmann    Roberto Micieli

Danksagung

Dieses Buch ist erst durch die große Unterstützung von vielen Freunden und Bekannten möglich geworden. Vielen Dank für die vielen Ratschläge und Tipps, unter anderem von Roman Jurt, unter dessen fachkundiger Anleitung ich (Jochen) meinen ersten 3D-Drucker zusammengebaut habe und der mit seinem Engagement und seinen genialen Ideen die 3D-Design- und 3D-Druck-Szene stets sehr bereichert. Ramun Berger, der neben großer Hilfestellung bei Druckproblemen sehr viel Korrekturlesen, zahlreiche Ratschläge und das Tripod-Praxisbeispiel beigesteuert hat. Olivier Roth für seine wertvollen Feedbacks, das tolle Tinkercad-Shape »Script Chamfered and rounded« und das Tinkercad-Praxisbeispiel »Mini-Stativ«. Vielen Dank an all die weiteren Reviewer und Diskussionspartner, unter anderem Benjamin Koch, Patrick Hediger, Sibylle Trenck und Kevin Cina.

Ein großer Dank geht auch an die 3D-Scanning-Modelle Nicole, Tamara, Tara, Kayla und Roland sowie Sandra, Yara und Merlin, sie waren Robertos größte Inspirationsquelle. Last, but not least, möchten wir uns bei Silvan für seine sehr effizienten Reviews bedanken.

Neben den namentlich genannten Personen richtet sich unser großer Dank an die offene und enthusiastische 3D-Druck-Community, an alle Open-Source- und Open-Hardware-Entwickler, alle Maker, Tüftler, Blogger, FabLabs, Firmen, die geniale Tools und Software meist kostenlos anbieten, und an alle 3D-Designer (u. a. Joris van Tubergen, André Naujoks), die ihre Modelle frei zur Verfügung stellen.

Das Wichtigste zum Schluss: Nur durch die stete Unterstützung, die Ideen und das Verständnis unserer geliebten Frauen und Kinder konnten wir Zeit, Raum und Energie für unser Buch finden. Ganz herzlichen Dank!

Inhalt

3D-Druck damals und heute – Geschichte, Vorteile, Ausblick

1.1Geschichte der 3D-Drucker im Heimbereich

1.2Stand 3D-Druck heute

1.3Vorteile des 3D-Drucks

1.4Zukunft des 3D-Drucks

Mehr Als Plastik – Verfahren und Materialien für den 3D-Druck

2.1Fused Deposition Modeling (FDM)/Fused Filament Fabrication (FFF)

2.2(Selective) Laser Sintering (SLS)/(selektives)Laserschmelzen (SLM)

2.3Stereolithografie – SL(A)

2.43D Printing (3DP)

2.53D-Druck-Materialen

Vieles ist schon da – Vorhandene 3D-Designs nutzen

3.1Kostenlose Onlinedatenbanken

3.2Nutzungsrechte kostenloser 3D-Modelle

3.33D-Modell-Datenbanken

3.4Individualisierbare kostenlose 3D-Designs

Objekte scannen – Verfahren und ihre Anwendung

4.1Verfahren für das 3D-Scannen

4.2Scannen

4.3Transformieren/Nachbearbeiten

Software – 3D-Modelle erstellen

5.1Kategorien von 3D-Design-Programmen

5.2Optimierung 3D-Design

5.3Vorabüberlegungen und Vorgehen im 3D-Design

3D-Design in der Praxis – Tinkercad und SketchUp

6.13D-Design mit Tinkercad

6.2Tinkercad für Fortgeschrittene

6.33D-Design mit SketchUp

Maschinen los – 3D-Modell-Beispiele Schritt für Schritt

7.1Grundlagen für alle Modelle

7.2Personalisierter Kleiderhaken

7.3Schachfigur

7.4Gehäuse für den Raspberry Pi

7.5Fuß für ein Mini-Stativ

7.6Stativadapter

Licht aus, Spot an – 3D-Scans umsetzen

8.1Kind im Schneidersitz

8.2Klassische Büste

8.33D-Modell aufgrund eines Films

Drucken oder drucken lassen

9.13D-Druck @home oder bei einem Dienstleister

9.23D-Druck @home

9.3Druckvorbereitung – 3D-Objekt in Schichten zerlegen (Einstellungen, Parameter)

9.43D-Druck starten

9.53D-Drucker-Einstellungen und Optimierungstipps

9.63D-Druck bei einem Dienstleister

Es geht noch besser – Objekte nachbearbeiten

10.1Schleifen, Feilen

10.2Kleben

10.3Thermisch behandeln

10.4Chemisch behandeln

10.5Spachteln

10.6Malen

Glossar

Index

KAPITEL

3D-Druck DAMALS UND HEUTE

Geschichte, Vorteile, Ausblick

1.1Geschichte der 3D-Drucker im Heimbereich

1.2Stand 3D-Druck heute

1.3Vorteile des 3D-Drucks

1.4Zukunft des 3D-Drucks

Geschichte, Vorteile, Ausblick

1.1Geschichte der 3D-Drucker im Heimbereich

Günstige 3D-Drucker für den engagierten Heimanwender gibt es erst seit 2008, obwohl verschiedene 3D-Druck-Technologien bereits Ende der 80er-Jahre entwickelt worden sind. 3D-Drucker wurden bis vor ein paar Jahren ausschließlich in der Industrie, vor allem für die Erstellung von Prototypen, eingesetzt und waren für den Endverbraucher unerschwinglich. Vergleichbar mit der Entwicklung des PCs, dauerte es drei Jahrzehnte, bis die Technologie langsam auch für den Heimanwender zugänglich und bezahlbar wurde.

RepRap Darwin 1.0, Quelle: reprap.org, Autor: Dr. Adrian Bowyer, GNU FDL

Maßgeblich für diese Entwicklung waren die beiden Open-Hardware-/Open-Source-Projekte »RepRap« und »Fab@Home«, die fast gleichzeitig 2005 ins Leben gerufen wurden. Das RepRap-Projekt, das von Dr. Adrian Bowyer, University of Bath (UK), gestartet wurde, hat zum Ziel, eine Maschine zu entwickeln, die möglichst viele ihrer Bauteile selbst reproduzieren kann. Alle Baupläne der Hard- und Software sind frei verfügbar. 2007 wurde die erste offizielle Version »Darwin« vorgestellt. RepRap-Drucker produzieren ein Objekt durch das schichtweise Aufbringen von Material, meist geschmolzenem Kunststoffdraht, im sogenannten Schmelzschichtverfahren (FDM®, Fused Deposition Modeling). FDM wurde von der Firma Stratasys erfunden. Das Auslaufen wichtiger Patente zum FDM-Verfahren ermöglichte beiden Initiativen, ihre Ideen umzusetzen. Um Markenstreitigkeiten zu vermeiden, wird das Verfahren bei den RepRap-Druckern »Fused Filament Fabrication«, FFF, genannt.

Fab@Home Model 1, Quelle: fabathome.org, Autor: Evan Malone

Das Fab@Home-Projekt der Cornell-Universität im Bundesstaat New York (USA) unter der Leitung von Evan Malone und Hod Lipson war von der Initiative Dr. Adrian Bowyers inspiriert und verfolgte ein ähnliches Ziel, nämlich einen für den Endverbraucher erschwinglichen und auf Open Source basierenden 3D-Drucker zu entwickeln. 2006 stellten sie den ersten Bausatz »Fab@Home Model 1« vor, der später für 2.400 US-Dollar verkauft wurde. Mit den Fab@Home-Druckern konnten verschiedene Arten von Materialien, z. B. Knete, PlayDoh, Gips oder Schokoladenmasse, mit einer Art Spritze schichtweise aufgetragen werden (SFF, Solid Freeform Fabrication). Nachdem die Verkäufe der Consumer-3D-Drucker im Jahr 2012 erstmalig die Anzahl der verkauften Industriegeräte übertroffen hatten, war das erklärte Ziel des Projekts erreicht, und es wurde geschlossen.