Kein 3D-Drucker für jeden Haushalt

Wo sind sie denn nun, die 3D-Drucker in jedem Haushalt, die auf der Höhe 3D-Druck-Hypes in Aussicht gestellt wurden? Vielleicht kam diese Vorfreude etwas zu früh … um circa 300 Jahre.

3D-Drucker.
Unser 3D-Drucker von ZMorph schreit von seiner Optik her geradezu »Werkstatt«. Dort macht er sich wesentlich besser als in einem Wohnzimmer.

3D-Drucker sind die Zukunft der Fertigung. Die ausbeuterischen, zylinder- und monokeltragenden Fabrikanten können bald einpacken, denn dann hat jeder so ein Wunderding daheim am Schreibtisch und produziert alles, was er braucht, ganz nach Bedarf selbst.

So oder ähnlich wurde es in den letzten Jahren von manchem Propheten verkündet. Aber Basis dieser Prophezeiungen dürfte in vielen Fällen mehr göttliche Eingebung als sonst etwas gewesen sein.

Auf 3d-druck.com wurde 2017 ganz nüchtern von bestehenden Marktzahlen ausgehend hochgerechnet, dass es noch etwa 300 bis 16.000 Jahre dauern würde, bis es in jedem Haushalt einen 3D-Drucker gibt – aber immerhin mit optimistischer Tendenz. Viel wichtiger als dieses Zahlenspiel ist hingegen die Frage, wie sinnvoll ein 3D-Drucker für einen Privathaushalt überhaupt ist. Davon, mit einem Fingerschnippen beliebiges Zeugs zu materialisieren, sind die heutigen Lösungen nämlich noch meilenweit entfernt.

Einfarbiger Plastik-Krempel

Grundsätzlich gibt es ein paar unterschiedliche Techniken für den 3D-Druck. Man kann etwa flüssiges Kunstharz aushärten oder Metallpulver verschmelzen – diese Methoden sind für den Heimgebrauch aber viel zu aufwändig.

Wenn von 3D-Druckern für zu Hause die Rede ist, dann sind damit in der Regel sogenannte FDM-Drucker (FDM = Fused Deposition Modeling) gemeint. Diese kann man sich grob wie einen klassischen Tintenstrahldrucker vorstellen, bloß wird statt der Tinte ein Faden aus Kunststoff eingeschmolzen und auf die Grundfläche aufgetragen. Nach der ersten Schicht werden darauf immer weitere Schichten aufgebracht, bis das Objekt fertig ist.

Im Gegensatz zu den anderen Methoden braucht man bei diesem Verfahren weder umständlich zu handhabende Pulver noch Flüssigkeiten, sondern nur Rollen mit Kunststofffäden. Was aber noch wichtiger ist: Die Geräte sind relativ simpel aufgebaut und werden daher auch immer billiger. Ein Kit zum Selbst-Zusammenbauen ist schon für unter 200 Euro erhältlich. Das ist wahrscheinlich der Hauptgrund, warum viele Jubelperser eine Analogie zum klassischen Papierdrucker herstellen und glauben, dass 3D-Drucker bald genauso verbreitet sein werden.

Letztendlich wird man als Heimanwender mit diesen Billiggeräten aber nicht viel mehr hinbekommen, als einfarbige Objekte aus hartem Kunststoff. Da stellt sich die Frage: Wie groß ist der tatsächliche Bedarf an solchem Plastik-Tand? Beim Einkaufen gehen die meisten von uns sicher recht unbeeindruckt an Kitsch vom Stil Überraschungsei-Inhalt vorbei. Warum wollen wir uns dieses Zeug dann in noch schlechterer Qualität daheim ausdrucken?

Eindimensional verpixelt

Ja, ich habe geschrieben, dass das, was man sich daheim ausdruckt, noch schlechtere Qualität hat, als der Plastik-Krempel, den man sonst wo kaufen kann. Die einzelnen Schichten, aus denen so ein 3D-Druck im FDM-Verfahren aufgebaut wird, sind nämlich recht deutlich sichtbar.

Technisch gesehen könnte man auch sagen, dass die Auflösung in der Vertikalen beschränkt ist. Das ist vergleichbar mit alter, verpixelter Computergrafik – statt quadratischer Kästchen werden hier aber Streifen sichtbar. Zugegeben kann das genauso wie alte Computerspiele durchaus seinen Charme haben. Von der Seite betrachtet erinnern solche 3D-Drucke durch ihre Struktur mitunter an Seide, von unten allerdings eher an zerfallende Mumienbandagen.

Gedruckte Astronautenbüste aus drei Perspektiven.
Manche Figuren haben bei Druck in hoher Auflösung von der Seite betrachtet angenehm seidigen Glanz. Von oben und unten hält sich die Eleganz allerdings in Grenzen.

Diese Schichten tragen auch dazu bei, dass so ein Objekt nur selten zu mehr als zur Zierde taugt:

  • Für viele praktische Anwendungen ist die Struktur zu grob.
  • Entlang der Schichten bricht das Objekt bei Belastung relativ leicht.
  • Die geriffelte Oberfläche macht das Ding zu einem Staub- und Dreckfänger.

Weil immer nur ein dünner Faden aufgetragen wird, sind erstellte Objekte im Inneren für gewöhnlich auch nicht mit massivem Kunststoff gefüllt, sondern nur mit einer luftigen Struktur, die dem Ganzen Halt gibt. Sollte für eine praktische Anwendung also eine Nachbearbeitung wie Abschleifen oder Durchbohren nötig sein, ist das nur mit ähnlichen Einschränkungen möglich als würde man einen hohlen Schoko-Osterhasen nachbearbeiten wollen. Das heißt umgekehrt aber keineswegs, dass man alle Druckobjekte komplett fertig und einsatzfähig aus dem Gerät nehmen kann.

Nach dem Druck: Hand anlegen

Man muss sich bewusst machen, dass man mit dem schichtweisen Aufbau nicht ohne weiteres jede beliebige Struktur herstellen kann – schließlich muss jede neue Schicht von der vorherigen getragen werden. Überhänge werden dann zum Problem. Will etwa Familie Addams für ihren Hamster einen Galgen ausdrucken, der von unten nach oben aufgebaut wird, dann ist das beim Grundpfeiler kein Problem, aber sobald der Drucker zur herunterhängenden Schlinge kommt, müsste er diese in die Luft drucken, weil die Struktur darüber noch nicht existiert.

In diesem konkreten Beispiel könnte man das Problem noch recht einfach lösen, indem man den Galgen vor dem Drucken auf den Kopf stellt. Bei komplexeren Formen, etwa einer Hamster-Streckbank, gibt es aber meistens in jeder Ausrichtung Überhänge. Dann müssen zusätzlich Stützstrukturen mitgedruckt werden, die nach dem Druck in Handarbeit zu entfernen sind.

Kantiger 3D-Druck-Teil mit vielen (gewollten) Löchern – erst mit vorhandenen, dann mit entfernten Stützstrukturen.
Stützstrukturen müssen nach dem Druck von Hand entfernt werden. Im Inneren des Modells sieht man auch feine Fäden. Diese haarige Ergänzung tritt bei vielen FDM-Drucken als fehlerhafte Nebenerscheinung auf.

Zugegeben fand ich das in meinem bisher einzigen selbst durchgeführten FDM-Druck überraschend einfach und unproblematisch. Davor hatte ich mit einem Drucker gearbeitet, der flüssiges Kunstharz aushärtet – dort hinterlassen die Stützstrukturen unübersehbare Spuren am gedruckten Objekt, wenn man dieses nicht intensiv nachbearbeitet. Nichtsdestotrotz ist es auch im FDM-Verfahren ein zusätzlicher Arbeitsschritt, der gerne übersehen wird … und viele Leute fluchen darüber.

Zwei gedruckte Walzen. Die untere hat auf der sichtbaren Seite deutliche Unebenheiten.
Hier zum Vergleich zwei Teile, die in einem Druckvervahren mit flüssigem Kunstharz gefertigt wurden. Die Oberfläche hat zwar keine sichtbaren Rillen, wird aber durch die benötigten Stützstrukturen zumindest auf einer Seite deutlich in Mitleidenschaft gezogen.

Außerdem muss man den fertigen Druck zuallererst einmal von der Grundfläche bekommen. Damit beim Druck nichts verrutscht, muss die unterste Schicht bombenfest auf der Plattform sitzen – dazu streicht man sie sogar extra mit Kleber ein. Das Problem ist, dass Plattform und Druckgut auch nach dem Druck noch innig vereint sind. Da sollte besser schon passendes Werkzeug bereit liegen.

Insgesamt sind das Ablösen von der Plattform und Entfernung der Stützstrukturen natürlich vernachlässigbare Arbeiten im Vergleich zu einer komplett händischen Fertigung. Aber man muss sich zumindest von der Vorstellung verabschieden, dass man einen 3D-Druck so aus dem Gerät nimmt, wie man Dosen-Tortelloni essfertig aus der Mikrowelle nimmt.

Die Liliput-Fabrik

Bezüglich der groben Struktur könnte man vielleicht noch sagen: Kein Problem, dann drucke ich eben nur große und grobe Sachen damit aus. Für eine Blumenkiste oder einen Schirmständer wäre die Qualität ja gut genug. Aber je größer das Objekt sein soll, desto größer müsste auch der Drucker dimensioniert sein.

Derzeitige Geräte in der 200-Euro-Preisklasse haben einen Bauraum von etwa 20 Zentimetern in jede Richtung. Damit bekommt man zwar schon mehr hin als einen Blumentopf für ein Gänseblümchen oder einen Halter für Cocktailschirmchen, aber als groß würde ich das noch nicht bezeichnen.

Um damit ein ganzes Fensterbrett auszufüllen oder einen echten Regenschirm hineinzustecken, müsste man schon mehrere einzeln gedruckte Teile miteinander verbinden. Dann ist aber das Objekt-Design stark durch die technischen Möglichkeiten eingeschränkt und ich kann mir auch gleich Fertigware bei IKEA kaufen. Umgekehrt wird sich kaum jemand einen 3D-Drucker im Format einer Duschkabine daheim aufstellen.

Geduld und Gehörlosigkeit sind vorteilhaft

Was man auch nicht aus den Augen und Ohren verlieren sollte, ist die Druckdauer. Bei einem einfachen Papierdrucker kommt der Ausdruck sofort aus dem Gerät und die Sache ist erledigt, aber bei einem 3D-Drucker ist das eine Angelegenheit von Stunden. In dieser Zeit zaubert das Ding auch nicht mucksmäuschenstill vor sich hin, sondern die Düse wird ständig mechanisch von Motoren herumbewegt. Das hört man sehr deutlich und bei unserem FDM-Drucker wackelt auch der ganze Tisch darunter im Takt mit.

Wer also glaubt, sich über Nacht daheim im Wohnzimmer etwas ausdrucken lassen zu können, der sollte zumindest eine weitläufige Wohnung mit einem Schlafzimmer am anderen Ende haben … oder Ohrstöpsel.

Wo kommen die 3D-Daten her?

Selbst wenn alle Hardware-Einschränkungen gelöst wären, stellt sich letztendlich immer noch die Frage: Wo kommen die Daten her? Zur Auswahl stehen dann drei Möglichkeiten: selbst modellieren, 3D-Scan und das Internet. Und alle diese Möglichkeiten werden überschätzt.

Der Glaube, sich benötigte 3D-Modelle selbst modellieren zu können, ist etwa so realistisch wie der Glaube, sich benötigte Software selbst programmieren zu können. Klar kann man es lernen, aber genauso, wie die Verbreitung von Computern nicht zu einem Programmierer in jedem Haushalt geführt hat, wird die Verbreitung von 3D-Druckern nicht zu einem CAD-Konstrukteur in jedem Haushalt führen.

Die meisten, die es probieren, werden nie über primitive Grundformen hinaus kommen. Man glaubt bei solchen Sachen gerne, dass man nach ein wenig Einarbeitung gottgleich die Welt neu erfinden kann, in der Regel kommen dann aber nur windschiefe Töpfe vom Stil Neandertal heraus. Es gibt nicht umsonst ausgebildete Experten in diesem Gebiet.

3D-Scans als Alternative sind an sich eine tolle Sache. Da kopiert man ja zumindest nur, was jemand – hoffentlich mit mehr Ahnung als man selbst – geschaffen hat. Teilweise ist das auch schon mit recht billigen Mitteln möglich, etwa mit einer Smartphone-Kamera. Die erstellten Modelle wird man sich nach dem Druck aber in der Regel nur einrahmen und an die Wand hängen können. Praktische Objekte lassen sich damit kaum duplizieren.

Manche Leute schwärmen ja von der Idee, sich so ganz einfach Ersatzteile beschaffen zu können: kaputtes Teil einscannen, neu drucken, fertig. Das scheitert logischerweise schon einmal daran, dass man so in der Regel auch den Defekt kopiert, wegen dem man eigentlich etwas Neues bräuchte. Da kommt dann etwa ein nagelneues zerbrochenes Scharnier aus dem Drucker.

Wenn man so etwas vor hat, müsste man die gescannten Daten nachbearbeiten, womit man wieder beim Problem des Selbstmodellierens landet. In diesem Fall ist es sogar noch schlimmer, denn während etwas neu Erstelltes leicht veränderbare Parameter hat, besteht ein 3D-Scan nur aus einem Haufen verbundener Punkte ohne Logik dahinter. Dort eine Bruchstelle auszumerzen, wird schnell zur Sisyphusarbeit.

Aber auch, wenn man ein funktionierendes Teil per Scan duplizieren will, wird man nicht ohne weiteres ans Ziel kommen. Man denke nur mal an einen einfachen Dichtungsring, also eine runde Scheibe mit einem runden Loch! Wenn dieser Ring flach auf dem Tisch liegt und man scannt ihn mit einer Kamera, hat man anschließend auch die Tischfläche im 3D-Modell, nicht aber die Rückseite des Ringes. Und da die Kamera auch keine exakten Maße nehmen kann, wird dieses Modell auch nicht den richtigen Maßstab haben. Und das sind nur zwei Probleme bei einem denkbar einfachen Objekt.

3D-Scan von einem Gesicht. Das Modell hat viele Lücken und Fehldarstellungen.
So sieht ein typischer unbearbeiteter 3D-Scan aus. Nicht gerade Material, das man an einen Drucker senden sollte. (Bild beschnitten, Original-Quelle: syvwlch)

Die letzte Möglichkeit – sich die Daten aus dem Internet zu holen – ist natürlich die einfachste und unproblematischste. Aber wenn man ohnehin nur fertige Waren bezieht, stellt sich die Frage, ob man überhaupt einen 3D-Drucker braucht. Damit ist man letztendlich genauso in seinen Möglichkeiten beschränkt, als würde man gleich fertige Produkte kaufen.

Kosten-Nutzen-Faktor

Oft wird argumentiert, dass Ersatzteile unverhältnismäßig teuer sind und ein 3D-Drucker hier Abhilfe schaffen könnte. Aber welche Teile sind es denn, die in der Regel als erste den Geist aufgeben? Grobe Kunststoffstücke sind es nach meiner Erfahrung nur in den seltensten Fällen. Viel eher kapitulieren …

  • … die Elektronik. Da hilft einem 3D-Druck überhaupt nicht weiter.
  • … filigrane Teile. Dafür ist 3D-Druck oft zu grob.
  • … stark belastete mechanische Teile, z.B. Scharniere. Dafür sind 3D-Drucke in der Regel zu schwach.
  • … spröde gewordene Gummiteile, z.B. Dichtungen. Dafür verwendet 3D-Druck das falsche Material.

Ja, mag schon sein, dass ein einzelner Dichtungsring bei Bestellung schon einmal zehn Euro kostet. Aber selbst wenn ein heutiger 3D-Drucker so etwas produzieren könnte, bräuchte es schon mehr als 20 solcher Vorfälle, bevor sich allein die Anschaffung amortisiert – und das noch unter der unrealistischen Annahme, dass man jedes Ersatzteil problemlos als druckfertige Datei bekommt.

In vielen Fällen sind banalere Lösungen auch wesentlich effizienter. Mir ist etwa bei einer Jalousie ein Plastikstück abgebrochen, das zwei Teile einer Stange zusammenhält. Etwas Klebeband rund um das Teil war ausreichend, damit es seinen Zweck wieder erfüllt. Das war etwa eine halbe Minute Arbeit. Und selbst wenn es eine noblere Lösung sein soll, wäre ein sogenannter Schrumpfschlauch immer noch um Meilen effizienter als der verzweifelte Versuch, das Originalstück in einem 3D-Druck zu reproduzieren.

Sofern man keine Barbiepuppe ist, die den ganzen Tag »Life in plastic, it's fantastic« singt, wird man vermutlich auch irgendwann die Nase voll davon haben, sich die Wohnung mit geriffeltem Plastikgerümpel vollzustellen. Wer gern kreativ bei der Wohnungseinrichtung ist, wird mit ganz klassischen Utensilien wie Bastelton wahrscheinlich schneller zu ansehnlichen Ergebnissen kommen als mit 3D-Software.

Obendrein ist die Schnittmenge derer, die Zierkitsch ansammeln, sich aber gleichzeitig einen technisch-sterilen 3D-Drucker ins Wohnzimmer stellen wollen, sicher überschaubar. Das klingt nach einem Fall für Super-Nerds, die dann rund um das Gerät ihre selbstgedruckten Star-Wars-Figuren platzieren. Eine interessante Zielgruppe, aber sicher nicht die Mehrheit.

3D-Drucker mit minimalem Äußeren.
Dieser schicke 3D-Drucker von Markforged macht sich in einer Wohnung sicher besser als unser Werkstattgerät. Oma Elfriede, die gerne Kerzenhalter bastelt, wird sich so ein Ding wahrscheinlich trotzdem nicht im Wohnzimmer auf ein Häkeldeckchen stellen.

Das heißt keineswegs, dass 3D-Drucker an sich nichts taugen. Für unseren Prototypenbau will ich sie nicht missen und für Heimwerker und Hobbybastler können sie eine interessante Ergänzung sein. Im Vergleich mit klassischen Fertigungsmethoden wie etwa CNC-Maschinen (z.B. computergesteuerte Fräser) sind ganz andere Formen möglich und das Verfahren ist tatsächlich relativ schnell und günstig. Genauso wie andere Fertigungsmaschinen braucht man so ein Ding aber wirklich nicht in jedem Haushalt – zumindest nicht in den nächsten 300 Jahren.

Kommentare

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Guennie, 2019-05-30 20:22:

Ich bin selber CAD Konstrukteur, Hobbybastler, u.s.w. habe auch schon Hobbymäßig 3D Drucker konstruiert und auch gebaut....und kann nur eines sagen: Dieser Artikel ist sowas von gut auf den Punkt gebracht, denn es gibt viel zu viele, die sich von den Illusionen und Versprechungen der Werbung täuschen lassen, und nach ein zwei Monaten die Drucker dann wieder verkaufen, weil die Realität dann doch um einiges anders aussieht......

Bisherige Kommentare

  • Guennie

    Ich bin selber CAD Konstrukteur, Hobbybastler, u.s.w. habe auch schon Hobbymäßig 3D Drucker konstruiert und auch gebaut....und kann nur eines sagen: Dieser Artikel ist sowas von gut auf den Punkt gebracht, denn es gibt viel zu viele, die sich von den Illusionen und Versprechungen der Werbung täuschen lassen, und nach ein zwei Monaten die Drucker dann wieder verkaufen, weil die Realität dann doch um einiges anders aussieht......

    • Michael Treml (Seitenbetreiber)

      Antwort an Guennie:

      Danke für das Lob und die Bestätigung! Schön wäre es ja, würden wir noch den Tag erleben, an dem das alles so intuitiv funktioniert wie es sich manche vorstellen. Aber Teleporter oder Urlaub am Mars wären natürlich auch ganz nett und fallen in eine ähnliche Kategorie. :-)

  • Tony T

    Interessant! :) Eine Bekannte von mir (junge Mutter, die gern bastelt) druckt u.a. bunte, biegsame Plastik-Eisenbahngleise, damit ihr Sohn die Holzschienen seiner Holz-Eisenbahn nicht so exakt zusammenbauen muss^^

    • Michael Treml (Seitenbetreiber)

      Antwort an Tony T:

      Bei solchen Spielzeuggleisen kann ich mir das tatsächlich ganz gut vorstellen – zumindest, sobald man einmal die richtigen Maße gefunden hat. Für den Zug selbst dürfte es ja zumindest nicht so genau sein müssen, wenn man die Gleise verbiegen darf.

      Schwierig wäre es wahrscheinlich vor allem dann, wenn diese Kunststoff-Schienen nicht nur untereinander, sondern auch mit den ursprünglichen Holzschienen kompatibel sein sollen. An den Verbindungsteilen braucht man sicher recht genaue Maße, damit es nicht zu locker und nicht zu streng ist.