Klasse Zukunft

3D-Druck

3D-Druck

3D-Druck ist ein Verfahren, mit dem ihr dreidimensionale Produkte fertigen könnt. Diese werden digital mit CAD-Software konstruiert und anschließend Schicht auf Schicht gedruckt.

Aus der Schülerfirmenpraxis

Die Schülerfirma an der Gesamtschule Talsand nutzt den 3D-Druck für die Erstellung individualisierter Produkte. Dazu zählen Ersatzteile für technische Geräte und kleine Give-Aways wie Schlüsselanhänger oder Figuren.

Aktuelles aus der Arbeitswelt

Durch die Digitalisierung und den schnellen technologischen Fortschritt entwickelt sich der 3D-Druck ständig weiter. Seine Einsatzgebiete reichen von der Industrie, über Medizin und Forschung bis hin zu Kunst und Mode. Dabei dient der 3D-Druck überwiegend zur Fertigung von Einzelteilen oder kleinen Serien, z. B. in Form von Modellen, hochwertigen Bauteilen, Prototypen, Werkzeugen oder Ersatzteilen. Es werden bereits 3D-Drucker eingesetzt, mit denen Häuser aus Beton gefertigt werden. Expert:innen gehen davon aus, dass 3D-Druck zukünftig eine noch größere Rolle spielen und die Nachfrage weiter steigen wird.

Berufszweige

  • 3D-Designer:in
  • Werkstofftechniker:in
  • Konstrukteur:in
  • Produktionsplaner:in.

3D-Druck in Schülerfirmen
So funktioniert es

Allgemeine Informationen zum 3D-Druck

3D-Druck ist ein technisches Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Produkte, bei denen Materialien und Stoffe schichtweise aufgetragen werden. Je nach Druckverfahren finden dabei unterschiedliche Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Durch die Vielfalt an 3D-Druck-Verfahren könnt ihr viele verschiedene Materialgruppen wie z. B. Metalle und Kunststoffe oder sogar bestimmte Lebensmittel als Werkstoffe verwenden.

Das 3D-Druck-Verfahren erfolgt immer computergesteuert. Zunächst werden 3D-Modelle mithilfe spezieller CAD-Programme erstellt. Diese Vorlagen werden anschließend mit einer Slicer Software für den Druck vorbereitet. Die Software ist Schnittstelle zwischen CAD-Programm und 3D-Drucker. Es wird ein sogenannter G-Code erzeugt, mit dem der Drucker arbeiten kann. Abschließend werden die Druckanweisungen an den 3D-Drucker gesendet, der die Ausgabe startet.

Anwendungsmöglichkeiten in Schülerfirmen

Die Anwendungsmöglichkeiten sind nahezu unendlich. Eure Schülerfirma könnte z. B. Prototypen, Ersatzteile oder kleine Serienfertigungen von Produkten erstellen und verkaufen. Der Druck von Prototypen etwa ermöglicht es, eigene Ideen in wenigen Stunden umzusetzen und diese physisch greifbar zu machen. Prototypen könnt ihr unter anderem zur Produktentwicklung nutzen, um Produktideen zu testen oder um Feedback von Kund:innen einzuholen.

Auch individuell gefertigte Einzelstücke, Kleinserien oder Ersatz- und Spezialteile könnt ihr zeitnah und eigenständig drucken. Für die Herstellung hoher Stückzahlen eignen sich hingegen eher andere Fertigungstechniken wie z. B. Lasercut. Allerdings könnt ihr alternativ 3D-gedruckte Formeinsätze erstellen, die mithilfe eines Gießverfahrens sehr schnell zur Serienproduktion von verschiedenen Produkten genutzt werden können.

Insgesamt sind eurer Kreativität keine Grenzen gesetzt. Jedoch solltet ihr vorab den konkreten Anwendungsbezug klären, denn je gezielter und klarer der Einsatz eines 3D-Drucks definiert ist, desto größer ist der Mehrwert.

Voraussetzungen und Rahmenbedingungen

Hard- und Software

  • Zur Grundausstattung gehört ein Rechner oder Notebook mit WLAN-Anschluss.
  • Fertige 3D-Drucker sind ab ca. 1000€ erhältlich. Günstigere Drucker zum Selbstaufbau solltet ihr nur kaufen, wenn ihr oder eure Projektbegleitung dafür ausreichend Know-how und Zeit mitbringt.
  • Die Software ist in der Regel kostenfrei erhältlich.
  • Die Hardware muss regelmäßig gewartet und gereinigt werden.

Fachliches Know-how und pädagogische Begleitung

  • Die technische Einarbeitung ist komplex und zeitintensiv. Beratung bieten z. B. Makerspaces, Hochschulen, Vereine etc.
  • Der Druck sollte nur unter Aufsicht erfolgen, da mit sehr hoher Temperatur gedruckt wird.

Räumliche Voraussetzungen

  • Ein Technikraum, zu dem eingewiesene Schüler:innen oder Lehrkräfte Zugriff haben, sollte vorhanden sein.
  • Zugluft sollte vermieden werden, weil die Druckmasse warm und verformbar ist.
  • Eine kleine Abzugsanlage ist empfehlenswert.

Schritt für Schritt zum 3D-Druck

Zielklärung

Welche Produkte sollen für welchen Zweck erstellt werden? Ist 3D-Druck für euer Vorhaben geeignet? Für Serienfertigung lassen sich andere Verfahren wie z. B. Lasercut besser nutzen. Kleine, kompakte Einzelteile und Kleinserien eignen sich für 3D-Druck. Erste Entwürfe könnt ihr per Druckauftrag z. B. in einem Makerspace erstellen.

Einstieg mit Expert:innen

Für die Einarbeitung lassen sich verschiedene Unterstützungsangebote nutzen. Die Organisation eines Workshops, in dem die Funktionsweise des 3D-Drucks erklärt und Grundkenntnisse im Konstruieren vermittelt werden, ist jedoch sinnvoll. Hierfür können z. B. Hochschulen, Makerspaces und Unternehmen aus der Region angesprochen werden.

Auswahl einer CAD-Software und Einarbeitung

Die Erstellung eines eigenen 3D-Objekts beginnt mit der PC-gestützten Konstruktion mithilfe eines CAD-Programms. Es gibt kostenfreie Programme, die browserbasiert arbeiten. Die Nutzung setzt eine gute Internetverbindung voraus. Für Schulprojekte eignen sich Programme, die keine Registrierung mit privaten Daten verlangen und die eine leichte Einarbeitung ermöglichen (z. B. tinkercad oder blockscad3d).

Kauf eines Druckers

Wer längerfristig mit 3D-Druck arbeiten will, kann über die Anschaffung eines eigenen Geräts nachdenken. Zahlreiche Hersteller und Modelle stehen zur Auswahl, wobei größere und teure Drucker nicht wesentlich schneller arbeiten als kleinere. Bei Fragen zur Finanzierung und Versicherung bietet ggf. euer Schulförderverein Unterstützung an. Folgendes sollte bei der Gerätewahl berücksichtigt werden:

  • Bei wenig Vorkenntnissen empfiehlt sich ein fertig montierter Drucker; der Selbstaufbau dauert rund eine Woche und erfordert spezielle Kenntnisse.
  • Drucker mit modularem Aufbau bieten den Vorteil, dass bei Schäden oder Verschleiß Ersatzteile verfügbar sind.
  • Die Druckplatte, auf der das Druckobjekt ausgegeben wird, sollte beheizbar, flexibel und abnehmbar sein, wodurch Verformungen der Produkte vorgebeugt werden kann. Außerdem lassen sich die Produkte besser ablösen und die Platte besser reinigen.
  • Ein hochwertiger Druckkopf aus Edelstahl ist sinnvoll, da die Temperaturen beim Druck hohe Anforderungen an ein gutes Material stellen und so der Verschleiß verringert werden kann.
  • Falls mehrfarbige Produkte erstellt werden sollen, sollte der Drucker über eine Pause-Funktion verfügen. Alternativ bieten ein Dual-Extruder oder eine Multi-Material-Unit (MMU) die Möglichkeit eines mehrfarbigen Drucks.
Experimentieren mit einer Druckvorlage

Online stehen euch eine Vielzahl an Druckdateien zur freien Verfügung (z. B. thingiverse). Diese könnt ihr unter Beachtung der Urheberrechte nutzen und ggf. anpassen, um Einstellungen am CAD-Programm und dem Drucker zu testen und um verschiedene Druckmaterialien auszuprobieren.

Bearbeitung mit dem Slicer

Der Slicer bereitet das 3D-Modell für den Druck vor und sendet diese Daten dann an den 3D-Drucker. Die Software ist entweder beim Drucker dabei (z. B. Makerbot) oder kann kostenfrei heruntergeladen werden (z. B. Slic3r, Cura).

Auswahl des Filaments

Das Druckmaterial, das Filament, wird in Form von Spulen erworben. Es ist in verschiedenen Farben, Stärken und Materialien erhältlich. Als Einsteiger-Material empfiehlt sich z. B. PLA, das bei relativ geringer Temperatur bearbeitet werden kann. Dadurch wird dem Verschleiß des Druckers vorgebeugt. Vor dem Kauf solltet ihr die Hinweise des Druckerherstellers in Bezug auf das Material, die Drucktemperatur und die Dicke des Filaments beachten.

Nachbearbeitung der Produkte

Bei Bedarf können die Druckobjekte mit Schleifpapier geglättet und mit farblosem Acryllack nachbearbeitet werden.

Checkliste – Darauf müsst ihr achten

Nutzt den 3D-Drucker nur in Anwesenheit technisch eingearbeiteter Personen.
Beachtet die Herstellerhinweise.
Plant die voraussichtliche Druckzeit, um eine Anwesenheit im Raum sicherzustellen.
Wählt kleine und kompakte Objekte zum Drucken.
Beachtet eine konstante Raumtemperatur und vermeidet Zugluft während des Drucks.
Lüftet den Raum, wenn der Druck abgeschlossen ist.
Reinigt den Druckkopf und die Druckplatte nach jeder Nutzung.
Beachtet, dass die Nähe des Druckers zu starken magnetischen Feldern seine Funktion beeinträchtigen kann.

Mit 3D-Druck lernt ihr folgende Skills

  • Räumliches Denken
  • Verbesserung der Englischkenntnisse
  • Lösungskompetenzen
  • Technisches Verständnis
  • Technisches Zeichnen

HILFREICHE LINKS

Tools

Cookie-Einstellungen
Auf dieser Website werden Cookie verwendet. Diese werden für den Betrieb der Website benötigt oder helfen uns dabei, die Website zu verbessern.
Alle Cookies zulassen
Auswahl speichern
Individuelle Einstellungen
Individuelle Einstellungen
Dies ist eine Übersicht aller Cookies, die auf der Website verwendet werden. Sie haben die Möglichkeit, individuelle Cookie-Einstellungen vorzunehmen. Geben Sie einzelnen Cookies oder ganzen Gruppen Ihre Einwilligung. Essentielle Cookies lassen sich nicht deaktivieren.
Speichern
Abbrechen
Essenziell (1)
Essenzielle Cookies werden für die grundlegende Funktionalität der Website benötigt.
Cookies anzeigen