Erwachsenenbereich,  Schulbereich,  Unterricht/Förderung

Das kleine 1×1 des 3D-Drucks

Zwischen einer ersten Idee und dem fertigen Ausdruck liegen beim 3D-Druck nur wenige Schritte. Modelle können aus einer Datenbank abgerufen oder mithilfe einer Software selbst erstellt werden. Danach folgt die Druckvorbereitung und schliesslich der 3D-Druck. Somit lassen sich einfache Ausdrucke für den Unterricht in kürzester Zeit erstellen.

3D-Druck ist ein Überbegriff für viele unterschiedliche additive Herstellungsverfahren, die in Industrie, Architektur und neuerdings auch in der Schule zum Einsatz kommen. Unabhängig vom gewählten Verfahren ähneln sich die Herstellungsschritte. Im kleinen 1×1 des 3D-Drucks wird das Vorgehen in fünf Schritten vereinfacht beschrieben: 

Schritt 1: Die Idee

Am Anfang steht die Frage, was möchte ich überhaupt drucken? Für den Bildungsbereich gibt es viele sinnvolle Einsatzgebiete. In MINT-Fächern können Funktionsmodelle gedruckt werden, für den Biologieunterricht Knochen und Schädel und für den Geografieunterricht Landschaftsreliefs. Im Bereich der Schulischen Heilpädagogik (SHP) können mittels 3D-Druck taktile Modelle erstellt werden, z. B. eine Pyramide mit Braillebeschriftung oder ein taktiler Raumlageplan. Bei der Ideensuche sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt. Besonders gut eignet sich der 3D-Druck für Lehrmittel, die es bislang noch nicht gibt oder die noch nicht adaptiert sind.

Schritt 2: Computer Aided Design (CAD)

Der Begriff CAD steht für eine ganze Produktpalette von 3D-Programmen, mithilfe derer man seine Ideen verwirklichen kann. Je nach Anwendung und Kenntnisstand bieten sich unterschiedliche Programme an. Für den Einstieg eignet sich eine Software wie TinkerCAD, Meshmixer oder Sketch up. Profis verwenden wiederum meistens Blender oder Autodesk, diese setzen jedoch eine umfangreiche Einführung voraus. Es geht aber auch ganz ohne CAD-Kenntnisse. Auf Plattformen wie Thingiverse gibt es eine grosse Sammlung an kostenlosen 3D-Modellen, die gedruckt werden können. Mithilfe der Suchmaschine Yeggi können zudem ganz einfach 3D-Modelle zum Druck auf unterschiedlichen Plattformen gesucht werden. Das ist fast so einfach wie die Google-Bildersuche.

Programmansicht Sketch up:
Der Screenshot zeigt den Arbeitsbereich der CAD-Software Sketch up. Im Mittelpunkt steht eine halbe Pyramide. Dazu sind verschiedene Werkzeugpaletten zur Bearbeitung des 3D-Modells abgebildet.

Schritt 3: Druckvorstufe

Als nächstes muss das Modell für den 3D-Druck vorbereitet werden. Dafür benötigt man eine spezielle Software, in der das Modell in einen Maschinencode umgewandelt wird. Diese Software wird bei den meisten 3D-Druckern auch „Slicer“ genannt. Sie funktioniert wie ein digitaler Eierschneider und zerteilt das 3D-Modell in viele kleine Schichten. Die Summe der Schichten ergibt dann das fertige 3D-Modell. Dazu können wichtige Einstellungen zur Drucktemperatur, Druckgeschwindigkeit, Stützstrukturen und Füllung des Modells eingestellt werden.

Programmansicht im Slicer Cura:
Der Screenshot zeigt ein 3D-Modell des HfH Logos, das im Slicer in viele kleine Schichten unterteilt wurde. Auf der rechten Seite befinden sich mehrere Menüs, in denen Druckeinstellungen wie Qualität, Wanddicke, Geschwindigkeit und vieles mehr eingestellt werden können.

Schritt 4: 3D-Druck

Der im Slicer erstellte Maschinencode wird an den 3D-Drucker mithilfe eines USB-Sticks oder via WLAN übermittelt. Anschliessend wird das Modell am 3D-Drucker ausgewählt und der Druck gestartet. In dem Video ist ein Schmelzschichtverfahren zu sehen. Dieses wird auch FFF (Fused Filament Fabrication) oder FDM (Fused Deposition Modelling) genannt. Ähnlich wie bei einer Heissklebepistole wird ein dünner Kunststofffaden erhitzt und auf die Druckplatte extrudiert. Das Modell wird dabei Schicht für Schicht aufgebaut. Bei dem FDM-Verfahren wird meistens ein- oder zweifarbig gedruckt. Mit anderen 3D-Druckverfahren lassen sich jedoch auch mehrfarbige Modelle drucken.

Schritt 5: Nachbearbeitung

Das fertige Modell sollte nach Abschluss des Druckverfahrens noch wenige Minuten abkühlen. Danach kann es von der Druckplatte entfernt werden. Falls mit Stützstrukturen gedruckt wurde, z. B. bei Balkonen und Überhängen, sollten diese mechanisch mit einer Zange und Feile entfernt werden. Je nach Druckverfahren kann aber auch eine chemische oder thermische Nachbehandlung notwendig sein (z. B. ein Alkoholbad oder eine Aushärtung mittels UV-Lampe).

Am Ende steht das fertige Modell, das im Unterricht eingesetzt werden kann.