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3D-Druck

3D-Drucker erstellen dreidimensionale Objekte auf Basis digitaler Dateien. Vor nicht allzu langer Zeit galten solche 3D-Drucker noch als Exoten. Mittlerweile sind 3D-Drucker gar nicht mehr nur gegen sündhaft teures Geld zu erwerbbar, mit 400 Euro kann man bereits in die neue bunte 3D-Welt eintauchen. Die 3D-Drucker eröffnen dabei zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für private Privatanwender als auch für gewerbliche Nutzer.


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Mit 3D-Druckern das ganz besondere zaubern

Mit einem 3D-Drucker eröffnet sich nun die Welt der (fast) unbegrenzten Möglichkeiten. Wir entfernen uns von der simplen Zweidimensionalität und schaffen dank der neuen Drucker-Generation plötzlich Dinge zum Anfassen. Aus einer Zeichnung und einem Plan wird ein richtiger Gegenstand, den man in der Hand halten und von allen Seiten betrachten kann.

Dabei ist diese Art des Drucks eigentlich keine wirklich neue Erfindung. Der Amerikaner Chuck Hull entwickelte die Methode bereits 1983 und ließ sie 1986 als „Stereolithografie“ als Patent anmelden. Aber erst in den letzten Jahren sind Geräte auf den Markt gekommen, die den 3D-Druck für jedermann erschwinglich machen. Das Verfahren setzt sich immer mehr durch. In der Luft- und Raumfahrtindustrie, in der Verpackungsindustrie und in der Zahntechnik wird das Verfahren bereits zur Serienproduktion und zur Herstellung von Prototypen verwendet. Einzelstücke fertigen dagegen gerne Architekten für ihre Modelle oder Maschinenbauer für die Produktion einer Maschinen-Komponente. Auch Künstler haben die neuen Drucker für sich entdeckt und fertigen damit kleine Kunstwerke. Sogar ein Auto und Kleider sind schon dank der neuen Drucker entstanden.

Die Anschaffung eines 3D-Druckers ist auch für Privathaushalte durchaus sinnvoll und macht Spaß, wenn man mit Schmuck oder Spielzeug arbeitet. Einem kreativen Hobby sind dank dieser neuen Drucker kaum noch Grenzen gesetzt. Wer gerne selbst kleine Gegenstände entwirft oder sich mit Kunst beschäftigt, wird von der Vielfalt der Möglichkeiten begeistert sein.

Ob professionell oder privat: Prinzipiell sieht die Arbeit so aus, dass Gegenstände, Prototypen, Modelle oder ähnliches nicht wie früher mit der Hand hergestellt werden. Man entwirft das Objekt am Computer und überlässt die Herstellung dem Drucker.



Die verschiedenen 3D-Drucktechnologien

Im Laufe der Jahre entstanden verschiedene Technologien. Heute wird meist die Polyjet-Technologie verwendet, die vom Prinzip her mit der bekannten Inkjet-Technologie vergleichbar ist, da das Material mit einem dünnen Strahl aufgetragen wird. Dabei wird flüssiger Kunststoff, den man mit ultraviolettem Licht härten kann, Schicht für Schicht auf eine Druckplatte aufgetragen und langsam mithilfe des Lichts gehärtet. Immer dann, wenn eine Schicht hart geworden ist, senkt sich die Druckplatte ein Stück und die nächste Schicht kann aufgetragen werden. Polyjet-Drucker haben den großen Vorteil, dass mit verschiedenen Materialien und zahlreichen Farben gearbeitet werden kann. Moderne Drucker können sogar verschiedene Materialien miteinander mischen, und die Textur kann ganz nach Wunsch angepasst werden. So können durchsichtige Produkte gedruckt werden, aber auch Stücke in leuchtenden Farben. Es können starre, feste Gegenstände entstehen, aber auch weiche, gummiartige. Alles ist von der Wahl des Materials – dem 3D-Filament – abhängig.

Außerdem gibt es noch das DLP-Verfahren, bei dem die Oberfläche einer Schicht bestrahlt wird und der Härteprozess deshalb schneller verläuft. In der Industrie kommt außerdem das Selektive Laserschmelzen (SLS) zum Einsatz. Dabei wird Metallpulver mithilfe von Laserstrahlen und eines Mikroschweißprozesses bearbeitet, und aus dem Metallpulver wird dadurch ein dreidimensionaler Gegenstand. SLS ist das Verfahren, das vor allem beim Maschinenbau für die Fertigung von Einzelstücken oder Prototypen verwendet wird.



Die verschiedenen Filamente

Das Material, das beim Print verwendet wird, nennt man in der 3D-Technologie Filament. Bei einer ganzen Reihe von Drucken ist das Filament frei wählbar und man ist nicht an die Filamente des Drucker-Herstellers gebunden. Das hat sehr viele Vorteile, da man das Filament gezielt der erwünschten Textur, Farbe und Konsistenz anpassen kann.

ABS-Filamente bestehen aus den Erdöl-Produkten Acrylnitril, Butadien und Styrol. Es ist ein leichtes Material, das man auch per Hand nacharbeiten kann. Allerdings riecht es während des Druckvorgangs unangenehm.

PLA ähnelt ABS, enthält jedoch keine Erdöl-Produkte, sondern basiert auf Maisstärke. Es ist also biologisch abbaubar und riecht nicht. Polyamid oder Nylon ist geruchsneutral und lässt sehr feste Objekte entstehen, die außerdem noch hitzebeständig sind.

Laybrick besteht aus Mineralien und Co-Polyestern und lässt Dinge in Sandstein-Optik entstehen. Laybrick ist bei Architekten für die Arbeit mit Modellen sehr beliebt und kann anschließend noch bemalt werden.

Laywood enthält Holzspäne und kann nach dem Druck wie Holz bearbeitet werden.



Was muss ein guter 3D-Drucker können?

Beim Drucken entstehen große Schwingungen, das Gerät ist ständig in Bewegung. Das Gerät muss also stabil sein. Auch das Druckbett, auf dem das Objekt entsteht, muss stabil sein. Wenn es zu sehr schwankt, können schiefe Produkte entstehen, die mit der 3D-Vorgabe am Computer nichts mehr zu tun haben. Die Temperatur muss konstant und zuverlässig sein, und das Druckbett muss so geformt sein, dass das Objekt festsitzt und nicht herunterrutschen kann. Außerdem muss man das Objekt anschließend einfach und unproblematisch vom Druckbett lösen können. Das Druckbett sollte so gesichert sein, dass man sich nicht verletzen kann.



Wie einfach ist die Handhabung?

Die neuen Drucker sind zwar nicht so kompliziert, wie man es vermuten könnte, aber man braucht trotzdem etwas mehr Grundwissen als beim Arbeiten mit einem gewöhnlichen Papier-Drucker. Außerdem muss man sich mit CAD-Software oder anderer 3D-Software auskennen. Eine gewisse Einarbeitungszeit sollte man sich also gönnen.



Wichtige Fachbegriffe

Bridging nennt man das Drucken von Brücken, wie der Balken im A oder die Nase im Gesicht. Bei dreidimensionalen Gegenständen sind oft einige Teile in der freien Luft. Damit sie vor dem Erhärten nicht durchhängen, produziert der Drucker erst eine Unterstützung aus einem besonderen Bridging-Material, das wiederum Support-Material heißt. Gute Drucker haben deshalb zwei Druckköpfe – einen für das das Filament, und einen für das Support-Material. Dieses Material kann nach der Fertigstellung entfernt werden.

Curling ist etwas, was niemand sehen will: Das Material kräuselt sich an den Ecken bei der Abkühlung. Auch Stringing will niemand erleben, denn dann zieht das Material aufgrund von zu hoher Hitze Fäden.

Der Extruder ist der Druckkopf des Druckers, in dem das Filament vor dem Auftragen erhitzt wird.

Raft ist das Fundament eines zu druckenden Objekts, das meist aus mehreren Bahnen von Filament besteht.

Nach der Herstellung kühlt das Material ab, das Objekt schrumpft dabei etwas. Diesen Vorgang nennt man Warping.



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Einen guten Online-Shop für 3D erkennt man an einer großen Auswahl an Druckern, Farben und Materialien. Die Preise sind natürlich von der Wahl des Filaments und auch von der Lieferzeit abhängig. Unsere Ware haben wir immer vorrätig auf Lager, was vor allem dann wichtig ist, wenn man viel druckt und in seiner Materialwahl oft wechselt oder verschiedene Materialien ausprobieren und testen möchte.



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