Inhaltsverzeichnis

1Einleitung

1.1Warum dieses Buch?

1.2Über dieses Buch

2Grundlagen

2.1Druckverfahren

 Sinter-Drucker

 Stereolithografie

 Multi-Jet-Modelling

 Fused-Deposition

2.2Der Aufbau eines typischen 3-D-Druckers

 Die RepRap-Bewegung

3Die Rahmenkonstruktion

3.1Rahmen aus Gewindestangen

 Funktionsweise

 Der Aufbau

3.2Rahmenkonstruktion mit Platten

3.3Hacks, Tipps und Tricks

4Die Achsen

4.1Die Linearführung

 Die Welle

 Lager

4.2Der Schrittmotor

 Positionierung

 Haltemoment

4.3Die Kraftübertragung

 Gewindestangen

 Zahnstangen

 Zahnriemen

4.4Hacks, Tipps und Tricks

 Gewindestangenantriebe

 Zahnriemenantriebe

5Das Druckbett

5.1Grundlagen

 Anforderungen an ein gutes Druckbett

 Umsetzung

5.2Das Heizbett

 Heizbett aus Widerständen

 Platinen-Heizbett

 Silikon-Heizmatte

 Carbon-Heizbett

 Berechnung der Leistung eines Heizbetts

5.3Das Druckbett

 PCB und Kapton

 Glasbett

 Lochrasterplatine

5.4Montage eines Druckbetts

 Heizplatinen-Druckbett

 Glas-Druckbett

5.5Kalibrierung des Druckbetts

 Vorbereitungen

 Vierpunktaufhängung

 Dreipunktaufhängung

5.6Tipps und hilfreiche Techniken

 ABS-Glue

 Wie schneidet man Glas?

6Der Druckkopf

6.1Extruder

 Der Wade-Extruder

 Direct-Drive

 Paste-Extruder

6.2Hotend

 Aufbau

 Funktionsweise

 Hacks, Tipps und Tricks

6.3Bowden-Extruder

 Der Aufbau eines Bowdenzugs

 Die Funktionsweise

 Hacks, Tipps und Tricks

7Das Druckmaterial

7.1Materialarten

 ABS-Filament

 PLA-Filament

 PVA-Filament

 Nylon-Filament

 Holz-Filament

 Stein-Filament

7.2Beschaffenheit, Varianten und Qualität

 Durchmesser

 Beschaffung

 Woran erkennt man Qualität?

 Pigmente

7.3Gifte, Gesundheit und Umwelt

7.4Tipps und Tricks

 Gute Aufhängung für die Filament-Rolle

 CNC Fräsen

8Die Elektronik

8.1Die Aufgaben der Elektronik

8.2Der Bestandteile einer 3-D-Drucker-Elektronik

 Das Arduino-Herz

 Die Schrittmotortreiber

 Endstop

 Die Heizungssteuerung

 Stromversorgung und Netzteil

 Display, Tastatur und SD-Kartenleser

 Bluetooth

 24-Volt-Technik

8.3Auswahl der Elektronik

 Checkliste

 Einige Elektroniken

 Übersicht über einige Elektroniken

8.4Hacks, Tipps und Tricks

9Die Firmware

9.1Einleitung

9.2Auswahl der richtigen Firmware

 Vorstellung gängiger Firmwares

 Firmwarefunktionen im Überblick

9.3Kurzanleitung Arduino

 Herunterladen und Installieren von Arduino

 Eine Firmware installieren

 Eine Firmware abändern

9.4Wichtige Parameter

 Allgemeines

 Die Achsen und der Extruder

 Die Endstops

 Temperatursensoren

 Parameter für das EEPROM

 Parameter für SD-Karten

 Parameter für Displays und Keypads

 Sonstige Einstellungen

10Host-Software

10.1Printrun und Pronterface

10.2Cura

10.3Resnapper

10.4MakerWare

10.5Repetier-Host

 Die Installation und Einrichtung von Repetier-Host

 Die Menüzeile

 Die 3-D-Ansicht

 Das Register Objektplatzierung

 Das Register Slicer

 Das Register G-Code Editor

 Das Register Manuelle Kontrolle

 Die Temperaturkurven

 Die SD-Kartenverwaltung

11Slicer-Software

11.1Cura

11.2Repsnapper

11.3Skeinforge

11.4Slic3r

 Das Register Plater

 Das Register Printer Settings

 Das Register Filament Settings

 Das Register Print Settings

 Andere Funktionen von Slic3r

12Die 3-D-Modelle

12.1Die Internetseite thingiverse.com

12.2OpenSCAD

12.3FreeCAD

12.4Blender

13Glossar

14Anhänge

14.1Glastemperaturen

14.2G-Codes

 Allgemeines zu G-Codes

 Gepufferte G-Codes

 Ungepufferte G-Codes

Stichwortverzeichnis

Einleitung

1.1Warum dieses Buch?

Als ich vor anderthalb Jahren meinen Bruder Philip fragte, ob wir zusammen einen 3-D-Drucker bauen wollten, konnte ich noch nicht ahnen, wie viel Freude uns dieses gemeinsame Projekt bringen würde. Wir kauften von einem Mechatronikstudenten den Rohbau eines 3-D-Druckers. Da es eine Eigenentwicklung war und es somit keine Anleitung gab, waren wir gezwungen, alle Einzelteile selbst zu gestalten.

Unterstützt wurden wir hierbei nur von unserem gemeinsamen Freund Achim, der sich der Elektronik immer dann annahm, wenn wir sie wieder einmal zerschossen hatten, und von Barbara, die irgendwann glücklicherweise die »leicht« aus dem Ruder gelaufenen Finanzen übernahm.

Wir nannten den Drucker Heidi, später kam dann noch Lithicia hinzu. Unbezahlbar war der irritierte Ausdruck unserer Gesprächspartner, wenn wir lauthals kundtaten, endlich mal wieder gemeinsam an Heidi herumschrauben zu wollen.

So bastelten und forschten wir Wochen und Monate, hatten viele Fehl- und Rückschläge, aber dann schließlich auch den schönsten ersten Ausdruck auf Erden – ein zittriges, weißes Fähnchen mit unsauberen Kanten, Materialschwächen und aus heutiger Sicht natürlich grausamem Gesamteindruck. Hoch motiviert, aber nie zufrieden, bastelten wir weiter und optimierten die Mechanik, die Elektronik und die Software immer mehr, bis wir zu wirklich brauchbaren Ergebnissen kamen.

Dieser Prozess dauerte recht lange, da wir gezwungen waren, uns alle Informationen aus dem Internet zu beschaffen. Natürlich sind die meisten Informationen englisch, das wir zwar beherrschen, was aber nicht unsere Muttersprache ist. Und nicht nur sprachliche Missverständnisse erschwerten uns die Stillung unseres Wissensdursts, sondern auch das Chaos im Internet: Nirgendwo stand, was wirklich an einem 3-D-Drucker wichtig ist und welche Punkte man getrost auf später verschieben kann. Wichtige Informationen waren von Unwichtigen zu trennen, gute Tipps von schlechten zu unterscheiden.

Natürlich hat das viel Kraft gekostet, und mehrfach hätten wir uns gewünscht, ein geeignetes Buch in Händen zu halten, das uns wenigstens die groben Zusammenhänge erklären könnte. Nun, da wir diese Erfahrungen selbst gemacht haben und ich schon vor Jahren einmal Bücher geschrieben hatte, war es mal wieder Zeit. Das Ergebnis halten Sie in den Händen – ein Kondensat unserer Erfahrungen, beileibe nicht erschöpfend, dafür aber auf Deutsch und hoffentlich auch verständlich.

Wenn Sie auch nur einen Bruchteil des Spaßes erleben, den wir erfahren haben, hat es sich gelohnt – Sie werden es sehen!

1.2Über dieses Buch

Als dieses Buch geplant wurde, war das ursprüngliche Thema ausschließlich die Optimierung von 3-D-Druckern. Doch schon nach einer kurzen Recherche wurde klar, dass es zu viele Variationen von 3-D-Druckern auf dem Markt gibt, als dass man sie alle einzeln behandeln könnte. Es gibt keinen Standarddrucker, den fast jeder hat. Einfache Anweisungen wie »dreh an dieser Schraube, und du bekommst ein besseres Ergebnis« sind daher nicht möglich. Und bei der Geschwindigkeit, mit der die 3-D-Drucker derzeit weiterentwickelt werden, wäre ein solches Buch auch schon veraltet, sobald es die Druckerei verlassen hätte. Da viele Drucker nach dem Fused-Deposition-Verfahren arbeiten, konzentriert sich dieses Buch auf diese Art von Druckern.

Daher wurde das Buch so geschrieben, dass die grundlegenden Techniken, die hinter dem 3-D-Druck stecken, möglichst verständlich erklärt werden, sodass der Leser selbst erkennen kann, was an seinem Drucker optimiert werden muss, damit er besser als zuvor arbeitet. Da man aber mit einem einzigen Buch nicht das komplette Wissen eines Maschinenbauers, Elektrotechnikers und Informatikers vermitteln kann, werden nur konkrete Themen behandelt, die notwendig sind, um einen 3-D-Drucker zu verstehen. Sicherlich wird man nur durch das Lesen dieses Buchs nicht zum Professor der neuen Drucktechnologien, aber man bekommt ein Gespür dafür, was auf welche Weise funktioniert, was wichtig ist und was weniger.

Da bei einem 3-D-Drucker sehr viele Komponenten perfekt zusammenspielen müssen und diese sich gegenseitig beeinflussen, ist es recht schwierig, ein Buch zu schreiben, das Schritt für Schritt alles an einem Drucker erklärt, ohne jemals vorwegzugreifen. Zwar hat das Buch eine Zweiteilung in Hard- und Software, und auch die einzelnen Kapitel folgen relativ logisch aufeinander, aber dennoch wird es die eine oder andere für Sie besonders interessante Stelle geben, an der Sie vielleicht nicht alles verstehen, weil Ihnen eine andere Technik noch nicht erklärt wurde. Scheuen Sie sich nicht, in diesem Fall auch einmal ein anderes Kapitel des Buchs vorzuziehen – es wurde darauf geachtet, dass jedes Kapitel für sich allein gelesen und verstanden werden kann.

Vielleicht wundern Sie sich auch über das recht groß geratene Kapitel zum Thema »Slicing-Programme«. Es behandelt die Software, die 3-D-Modelle für den 3-D-Drucker so aufbereitet, dass sie ausgegeben werden können, und ist damit ein ganz wichtiger Schritt auf dem Weg zum fertigen 3-D-Objekt. Gerade hier lassen sich sehr viele Qualitätssteigerungen erzielen, ganz unabhängig davon, ob Sie einen selbst gebauten oder einen gekauften 3-D-Drucker Ihr Eigen nennen können – und das ist auch der Grund dafür, dass diesem Kapitel besonders viel Platz gewidmet wurde.

Ein Buch kann nicht immer mit den neuesten Entwicklungen Schritt halten, da es nicht jede Woche neu gedruckt werden kann. Das ist die Domäne des Internets, wo die Informationen oft schwieriger zu finden sind, dafür aber eigentlich alles da ist, was Sie je zu diesem Thema suchen werden. Um diesem Buch ein wenig mehr Aktualität zu geben, wurde unter http://3-D-Drucker.visual-design.com ein Blog eingerichtet, das weiterführende Themen bespricht und Ihnen auch die Möglichkeit gibt, Fragen zu stellen oder Vorschläge für eine eventuelle zweite Auflage zu machen.

Grundlagen

In der immer größer werdenden Familie der 3-D-Drucker können wir in der letzten Zeit immer wieder neue Enkel und Urenkel begrüßen. Es sind mittlerweile so viele, dass man sehr schnell die Übersicht verliert, daher wollen wir in diesem Kapitel einmal kurz erklären, welche Arten von 3-D-Druckern es gibt und was sie voneinander unterscheidet.

2.1Druckverfahren

Alle 3-D-Drucker haben gemeinsam, dass sie ein Objekt von Grund auf aufbauen. Hierzu wird – meist in Schichten – Material nach und nach zuerst auf das Druckbett und dann auf das Objekt selbst abgeladen. So formt sich, quasi aus dem Nichts, Stück für Stück das gewünschte Objekt. Man nennt dieses Verfahren additiv, da Material hinzugefügt wird. Zu den additiven Verfahren gehören das Lasersintern, die Stereolithografie, das Multi-Jet-Modelling sowie das Fused-Deposition-Verfahren¹.

Subtraktive Verfahren

Das Gegenstück zu den additiven Verfahren sind die subtraktiven Verfahren. Bei solchen Verfahren trägt beispielsweise eine CNC-Fräse Material von einem Aluminiumklotz ab, sodass nach und nach das gewünschte Objekt wie bei einem Bildhauer freigelegt wird. Typische subtraktive Verfahren sind die bereits erwähnten CNC-Fräsen, aber auch Lasercutter, die aus Folie oder Sperrholz zweidimensionale Objekte mit einem starken Laserstrahl schneiden.

Der Vorteil des additiven Verfahrens gegenüber dem subtraktiven ist, dass kein Abfall in Form von Spänen entsteht. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Objekt schichtweise aufgebaut wird und es daher möglich ist, jede beliebige Form zu drucken. Nehmen wir einmal an, wir möchten ein Überraschungsei inklusive Inhalt ausdrucken. Mit einem additiven Verfahren ist dies problemlos möglich, da sowohl das Ei als auch der Inhalt gleichzeitig ausgedruckt werden können. Bei einem subtraktiven Verfahren kann beispielsweise die CNC-Fräse den Inhalt nicht fräsen, ohne das Ei zu beschädigen.

Prinzipiell sind also additive Verfahren den subtraktiven aus theoretischer Sicht überlegen – leider verhält es sich in der Praxis nicht ganz so, denn das Material, mit dem additiv gearbeitet werden kann, ist oft nicht von derselben Qualität wie die Materialien, die bei subtraktiven Verfahren verwendet werden können. Beispielsweise ist es derzeit schwer oder gar nicht möglich, Metalle additiv mit vertretbarem Aufwand zu verarbeiten, und selbst Plastik, das mit beiden Verfahren verarbeitet werden kann, wird additiv nur in Schichten aufgetragen, die untereinander nicht dieselbe Zugfestigkeit haben wie die Objekte der subtraktiven Verfahren.

Sinter-Drucker

Ein Sinter-Drucker arbeitet mit einem Pulver, das sehr feinkörnig ist. Das auszudruckende Objekt wird in folgenden Schritten erstellt:

Das Pulver wird durch die Druckermechanik in einer dünnen Schicht möglichst gleichmäßig auf das Druckbett aufgetragen.

Ein Druckkopf fährt über diese Schicht und wandelt das Pulver so um, dass es fest wird und sich mit den umliegenden Partikeln des Pulvers verbindet.

Ist die erste Schicht bearbeitet worden, wird anschließend eine zweite Schicht aufgetragen, und der Prozess beginnt von Neuem, sodass nach und nach zum einen das Druckbett mit Pulver aufgefüllt wird und zum anderen in diesem Pulver feste Bereiche entstehen, die dann das Objekt bilden.

Am Ende der Prozedur wird das pulverförmige Material entfernt – wobei es für den nächsten Druckvorgang wiederverwendet werden kann – und das feste Druckobjekt entnommen.

Der große Unterschied zwischen den verschiedenen Sinter-Druckern liegt darin, wie das Pulver verfestigt wird. Hierzu gibt es die unterschiedlichsten Methoden, die allesamt stark vom verwendeten Pulvermaterial abhängen. Eine relativ einfache Methode, die sich unter gewissen Umständen auch zu Hause realisieren lässt, ist die Verwendung von Gips als Pulver und einfachem Wasser als Festiger. In diesem Fall fährt der Druckkopf also über das Pulvermaterial und druckt genau wie ein Tintenstrahldrucker Wasser auf den Gips, der daraufhin verklumpt und fest wird. Mit gefärbtem Wasser kann man so sogar farbige Objekte ausdrucken.

Beim Lasersintern werden andere Pulver verwendet, beispielsweise Plastik- oder gar Metallpulver. Durch den Laser wird das Plastik oder das Metallpulver geschmolzen, sodass es sich mit den anderen umliegenden Partikeln des Pulvers verbinden kann und so das Druckobjekt bildet. Während für Plastik-Lasersintern noch mit vergleichsweise schwachen Laserstrahlen gearbeitet wird, benötigen Drucker für Metallpulver derart große Laserstärken, dass die Geräte schon nicht mehr in eine normale Wohnung passen würden und der Stromanschluss nicht ausreichen würde – von den Kosten einmal ganz abgesehen.

Stereolithografie

Ein Stereolithografiedrucker ist deutlich günstiger als ein Sinter-Drucker und mit weniger Aufwand zu realisieren. Das Wörtchen »Stereo« innerhalb des Namens leitet sich übrigens aus dem Altgriechischen ab und steht hier für hart, fest oder körperlich, hat also nichts mit dem Stereo aus der Audiotechnik zu tun. Als Material für den Druck wird ein Kunstharz verwendet, das unter Einfluss von UV-Licht oder normalem Licht aushärtet. Dieses Kunstharz befindet sich in einem Wasserbehälter, in dem eine Plattform kurz unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche platziert wird. Die Schritte für den Druck eines Objekts mit diesem Verfahren gestalten sich wie folgt:

Die Oberfläche des Harzes wird mit einem Laser oder einer anderen² Belichtungsmethode beleuchtet, sodass die betreffenden Stellen des Harzes aushärten.

Ist eine der Schichten nach diesem Verfahren hergestellt, senkt sich die Plattform ab, wodurch das Harz wieder eine glatte und flüssige Oberfläche bildet.

Dann beginnt der Vorgang von Neuem, die Belichtung wird vorgenommen, und die Plattform senkt sich ab, bis nach und nach das dreidimensionale Objekt entstanden ist.

Das Verfahren erinnert stark an das Sintern, nur dass statt eines Pulvers ein Kunstharz verwendet wird.

Multi-Jet-Modelling

Multi-Jet-Modelling funktioniert ganz ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker:

Ein Druckkopf, der mehrere feine Düsen besitzt, fährt immer wieder über das Druckbett und spritzt heißes Plastik darauf.

Dann fährt der Drucktisch um einige Tausendstelmillimeter nach unten, und die nächste Schicht wird aufgetragen. So entsteht Schicht für Schicht ein Objekt, das wieder eine beliebige Form haben kann.

Die Mengen an Plastik, die dabei durch den Druckkopf verspritzt werden, sind sehr gering, sodass der Drucker in der Lage ist, sehr feine Details darzustellen.

Die Maschinen müssen hierfür sehr genau und auch mit hohem Druck arbeiten, vor allem der Druckkopf ist für den Hausgebrauch oftmals technisch zu kompliziert, als dass er nachgebaut werden könnte, außerdem schützen noch diverse Patente diese Technik. Daher hat sich dieses Verfahren derzeit noch nicht auf dem Privatkundenmarkt durchgesetzt.

Fused-Deposition

Kommen wir nun endlich zum Fused-Deposition-Verfahren, dem Verfahren, das in den meisten 3-D-Druckern verwendet wird, die in den Wohnzimmern oder Bastelecken stehen. Ein Drucker, der mit diesem Verfahren arbeitet, besitzt einen Druckkopf, der sich innerhalb des Druckers bewegen kann und in der Lage ist, das Druckmaterial, das zumeist aus einem Plastik besteht, aufzuschmelzen und in Form von langen Strängen auf dem Druckbett abzulegen. Der Druck eines Objekts erfolgt bei Fused-Deposition in folgenden Schritten:

Mit den Strängen, die aus der Druckerdüse kommen, wird eine Schicht des Druckobjekts aufgebaut.

Sobald diese erstellt ist, wird entweder das Druckbett um einige Zehntelmillimeter abgesenkt, oder aber der Druckkopf wird angehoben, sodass die nächste Schicht auf die vorherige gedruckt werden kann. So entsteht nach und nach das Druckobjekt.

Am Ende des Vorgangs muss es nur noch vom Druckbett gelöst werden.

Da hier dankenswerterweise die wichtigsten Patente ausgelaufen sind, die somit für die Allgemeinheit kostenfrei genutzt werden können, sind Drucker mit diesem Verfahren vergleichsweise günstig zu haben oder selbst aufzubauen. Sie sind in der letzten Zeit so populär geworden, dass sie sinnbildlich für die gesamte Gattung der 3-D-Drucker stehen und mit ihnen oft gleichgesetzt werden, obwohl sie eigentlich nur eine Unterart davon sind.

2.2Der Aufbau eines typischen 3-D-Druckers

Ein typischer 3-D-Drucker besteht aus verschiedenen Komponenten, die auf die eine oder andere Weise in jedem 3-D-Drucker, der mit der Fused-Deposition-Methode arbeitet, zu finden sind. Auch wenn sie sich in Aufbau und Aussehen zum Teil deutlich voneinander unterscheiden, so ist ihre Funktion in den meisten Fällen ähnlich. Sehen wir uns doch einmal einen typischen Vertreter seiner Gattung an und betrachten wir seine Bestandteile:

Bild 2.1: Ein typischer 3-D-Drucker mit seinen Komponenten: die Rahmenkonstruktion (1), die drei Achsen (2), der Druckkopf – bestehend aus Extruder (3), Hotend (4) und Motor (5) -, das Druckbett (6) sowie die Elektronik (7) und der Plastikdraht (8).

Die äußere Form des Druckers wird bestimmt durch seine Rahmenkonstruktion, in unserem Beispiel ist sie aus Gewindestangen gefertigt, die mit Plastikteilen verbunden werden. Sie sorgt dafür, dass die Gesamtkonstruktion des Druckers stabil ist und Möglichkeiten geschaffen werden, die verschiedenen Elemente daran zu befestigen. Mit das Wichtigste am 3-D-Drucker sind die drei Achsen, mit denen der Druckkopf in den drei Raumachsen bewegt werden kann. Um diese Raumachsen voneinander unterscheiden zu können, bezeichnen wir sie in diesem Buch als X-, Y- und Z-Achse. Während die X-Achse von links nach rechts zeigt, geht die Y-Achse in die Tiefe von vorne nach hinten, und die Z-Achse läuft von unten nach oben.

Bild 2.2: Die drei Raumachsen des 3-D-Druckers.

Beim Drucker in unserem Bild ist es so, dass die X-Achse den Druckkopf trägt, diese Konstruktion durch die Z-Achse nach oben bewegt werden kann und die Y-Achse nicht den Druckkopf selbst, sondern stattdessen das gesamte Druckbett nach vorne und nach hinten bewegt. Diese Bewegung wird durch die Schrittmotoren ausgelöst, die durch die Elektronik angesteuert werden.

Die Elektronik eines 3-D-Druckers übernimmt die Kommunikation mit dem angeschlossenen Computer, steuert die Motoren, aber auch den Extruder, der mit seinem Motor dafür zuständig ist, den Plastikdraht in das Hotend zu führen, das wiederum dieses Plastik aufschmilzt und durch die Düse an seinem Ende als Strang ausgibt.

Die Heizung innerhalb dieses Hotends sowie auch die Heizung des Druckbetts werden natürlich ebenso durch die Elektronik gesteuert.

Nicht auf dem Foto zu sehen ist die sogenannte Firmware, ein Computerprogramm, das den Mikroprozessor, der in der Elektronik enthalten ist, befähigt, den Druckkopf anhand der Befehle zu bewegen, die vom Computer her über die sogenannte Host-Software gesendet werden.

Falls Sie jetzt durch die Fachausdrücke schon etwas überfordert sind, sollten Sie sich keine weiteren Gedanken darüber machen – denn dafür haben Sie ja genau dieses Buch gekauft. Wir werden in den folgenden Kapiteln jedes Element eines typischen 3-D-Druckers durchgehen, seine Funktionsweise erklären und dabei Tipps und Tricks geben, wie man das Zusammenspiel dieser Komponenten nutzen und verbessern kann.

Die RepRap-Bewegung

Die Geschichte der RepRap-Bewegung ist kurz, aber heftig. Im Jahr 2006 hat Adrian Bowyer, ein Ingenieur und Mathematiker an der britischen University of Bath, einen 3-D-Drucker entwickelt, der aus Gewindestangen, Brettern und Schrauben aus dem Baumarkt, Standard-Elektronikbauteilen sowie gängigen Schrittmotoren bestand und auf den Namen Darwin hörte. Zusammengehalten wurde die Konstruktion mit Plastikteilen, die von einem industriellen 3-D-Drucker gefertigt waren. 3-D-Drucker waren zu diesem Zeitpunkt durchaus schon bekannt, allerdings mit günstigstenfalls 30.000$ nicht besonders erschwinglich. Sie wurden hauptsächlich für die schnelle Herstellung von Prototypen verwendet (engl.: Rapid Prototyping). Da aber wichtige Patente ausgelaufen waren, war nun die Technologie für alle frei. Nachdem der erste Darwin fertiggestellt war und auch anstandslos funktionierte, war man nun in der Lage, die Plastikteile für ein weiteres Gerät selbst herzustellen. Bowyer nannte das Selbstreplikation, was vielleicht nicht so ganz stimmt, denn immerhin müssen die Bauteile ja noch zu einem fertigen Drucker zusammengebaut werden. Aber die Idee dahinter wird deutlich und erklärt auch die Namensverwandtschaft des ersten Gerätes mit Charles Darwin, dem großen Evolutionstheoretiker.

Da Bowyer seine Konstruktionsunterlagen nicht nur unter die Open-Source-Lizenz GNU General Public Licence stellte, sondern sie auch ausführlich dokumentierte, war nun theoretisch jeder in der Lage, für ca. 500$ einen Darwin zu bauen, wenn er nur an die ausgedruckten Plastikteile kam. Die ersten Sätze davon wurden von Bowyer und seinem Team bereits 2007 erstellt und verschickt, womit eine unbeschreibliche Welle die Welt erfasste. Ende 2007 existierten schon 20 Drucker, von denen Bowyers Team wusste, 2008 waren es mindestens 100, 2009 um die 400 Stück, im Sommer 2010 waren 1500 bekannt und im Frühling 2011 schätzungsweise 4000 – danach verloren sie die Übersicht. Heute sind 3-D-Drucker ein Milliardenmarkt und Schätzungen über die Gesamtzahl der Drucker sind meist schon im nächsten Monat überholt. Wie gut der Name Darwin gewählt war, lässt sich aber nicht nur anhand der Verbreitung von 3-D-Druckern ablesen, er entwickelte sich auch weiter. Im Oktober 2009 wurde der 3-D-Drucker Mendel konstruiert – benannt nach Gregor Mendel, einem berühmten Naturforscher, der die Regeln der Vererbung formulierte. Der 3-D-Drucker war technisch ausgereifter, kompakter und benötigte weniger Material für den Aufbau als Darwin. Da sich nun immer mehr Menschen mit 3-D-Druckern beschäftigten, geschah die Weiterentwicklung immer schneller, immer detaillierter wurden die bestehenden Modelle verbessert, immer mehr davon wurden auf den Markt gebracht. Da aber Bowyer die GNU (GPL) als Lizenz verwendete und damit alle, die sein Werk verwendeten um eigene Drucker zu bauen, verpflichtete, die Konstruktionspläne ebenso wie er freizugeben, entstand eine eigene Technik- und 3-D-Druck-begeisterte Szene, die sich unter dem Dach von Bowyers Internet-Seite www.reprap.org versammelt.

Der Name RepRap ist ein Kunstwort, das sich aus den Wörtern Replicating Rapid Prototyping zusammensetzt und heute stellvertretend für die Bewegung steht, die Bowyer mit seinen Konstruktionen ins Leben gerufen hat. Der bunte Haufen aus kreativen Hobby-Bastlern, Wissenschaftlern und auch kleinen kommerziellen Anbietern entwickelte nicht nur die Mechanik weiter, sondern auch die Elektronik, die Handhabung des zu schmelzenden Plastiks, aber auch die zugehörige Software, die für den Betrieb eines solchen Druckers notwendig ist. Immer weiter verbessert wurden die einzelnen Komponenten, die allesamt frei für jeden zugänglich gemacht wurden. Doch nicht jeder Mensch ist mechanisch oder technisch so versiert, dass er einen solchen Drucker problemlos selbst bauen kann und so gründeten sich einige Firmen, die es sich zur Aufgabe gemacht haben, fertige Drucker zu produzieren, die auch von Laien eingesetzt werden konnten. Auch diese Firmen nutzen das technische Know-how und die Software der RepRap-Szene und da sie sich ebenso an die GPL halten müssen, sind einige Hard- oder Software-Entwicklungen der Firmen ebenso frei zugänglich und auch die professionell hergestellten Geräte können manchmal mit RepRap-Firmwares betrieben werden.

Das Schöne an der RepRap-Bewegung ist, dass sie nicht nur in weiter Ferne im abgeschlossenen Expertenkreis abstrakte Lösungen erstellt, sondern dass sie durch das Internet und soziale Medien sehr nah, offen für jeden und äußerst konkret ist – es beschäftigen sich heute tausende begeistert mit 3-D-Druckern und jeden kann man persönlich um Rat fragen. Und das sollte man als angehender 3-D-Drucker-Konstrukteur oder -Besitzer auch wirklich tun, denn man kann sich damit viel unnötigen Ärger ersparen und wird im Allgemeinen sehr freundlich aufgenommen – getreu dem Motto: Es gibt keine dummen Fragen, nur dumme Antworten. Eine der wichtigsten Anlaufstellen ist sicherlich die Website www.reprap.org, auf der man die Bauanleitungen und Informationen zu fast allen RepRap-3-D-Druckern findet. Sie hat auch ein sehr umfangreiches Forum, in dem sich die RepRap-Interessierten austauschen – üblicherweise auf Englisch, aber unter http://forums.reprap.org/index.php?236 findet man auch ein deutsches Forum, das nur wärmstens empfohlen werden kann und von dem auch einige der Tipps aus diesem Buch stammen – einen herzlichen Dank noch einmal in diese Richtung!

¹Abgekürzt als FDM (Fused Deposition Modeling).

²Z. B. mit einem Digital-Light-Processing-(DLP)-Chip, welchen Sie vielleicht von Projektoren kennen.

Die Rahmenkonstruktion

Das Auffälligste an einem 3-D-Drucker ist sicherlich seine Rahmenkonstruktion. Sie wird größtenteils bestimmt von der Art und Weise, wie der Druckkopf oder das Druckbett bewegt wird, sowie vom ästhetischen Empfinden des Erbauers. Es gibt sehr viele unterschiedliche Ansätze, die alle ihre Berechtigung haben. Keine Rahmenkonstruktion kann als schlecht bewertet werden und keine als die einzig wahre.

Lesen Sie weiter in der vollständigen Ausgabe!

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