3D-Druckdienste: Wie findet man den richtigen Anbieter?

Druckfrisch geliefert

Die Investition in eine professionelle 3D-Druckmaschine lohnt sich nur für Vieldrucker. Für gelegentliche Druckaufträge sind Dienstleister eine Alternative. Wie findet man den richtigen und wie funktioniert der Online-Druck?

von Marian Behaneck

Für kleine und mittlere Unternehmen ist der Kauf und Betrieb eines professionellen 3D-Druckers ab 10 000 Euro nur selten wirtschaftlich. Braucht man komplex geformte Schablonen, Muster, Modelle, Prototypen, Einzelstücke oder Kleinserien nur gelegentlich, ist die Beauftragung eines 3D-Druckdienstleisters meist sinnvoller. Bei der Auswahl des passenden Anbieters, der 3D-Konstruktion und Datenübergabe gibt es allerdings einiges zu beachten. Sonst besteht die Gefahr, dass das, was nach ein paar Tagen geliefert wird, nicht genau dem entspricht, was man am PC konstruiert hat.

Wofür kann man 3D-Druckdienste nutzen?

Maßstäbliche Modelle, 1:1-Prototypen oder Schablonen fertigen 3D-Druckdienstleister ebenso wie Einzelstücke oder Kleinserien. Auch für die konventionelle Produktion erforderliche individuelle 3D-Schablonen oder Werkzeuge lassen sich schneller und Material sparender additiv fertigen, also in 3D drucken, als beispielsweise fräsen. Verschleiß- oder Ersatzteile müssen nicht mehr teuer vom Hersteller bezogen werden, sondern können bei Bedarf individuell modifiziert beim 3D-Druckdienstleister bestellt werden.

Nahezu alles ist druckbar: Kunststoff- und Metallstrukturen, elastische, transparente oder transluzente Materialien, Holzwerkstoffe inklusive Maserung oder massive Bauteile aus Beton, mit oder ohne Eisen-, Glasfaser- oder Textilarmierung etc. Es können sowohl Objekte aus unterschiedlichen Materialien oder Farben als auch bewegliche Funktionsmodelle in einem Arbeitsgang gefertigt werden.

Wie findet man den richtigen Anbieter?

Immer mehr Anbieter offerieren 3D-Druckdienste als Online-Service. Aus dem großen Angebot das Passende zu finden, ist deshalb nicht einfach. Wichtig ist, auf Firmenkunden spezialisierte Dienstleister zu wählen, denn nur diese bieten professionelle Druckverfahren, Materialien und Qualitäten. Neben Allround-Dienstleistern gibt es auch auf bestimmte Anwendungsbereiche, Verfahren oder Materialien, wie etwa den Metalldruck, spezialisierte Anbieter. Gute, teilweise nach Postleitzahlen sortierte Übersichten von 3D-Druckdienstleistern in D-A-CH findet man unter: https://3druck.com/dienstleister und https://www.3d-grenzenlos.de/listen/3d-drucker-dienstleister.

Was wird mit welchem Verfahren gedruckt?

Inzwischen gibt es eine Vielzahl additiver Fertigungsverfahren. Jedes hat seine verfahrens- und materialbedingten Eigenschaften, Vor- und Nachteile. Dazu zählen die Oberflächenstruktur, Präzision, Stabilität, Materialeigenschaften, Modellgröße, eventuelle Stützstrukturen, der Materialpreis und so weiter. Was wofür eingesetzt wird, muss von Fall zu Fall entschieden werden. Zu den am häufigsten eingesetzten Verfahren zählen das Selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS), das Düsen- oder Filamentschmelz-Verfahren (FDM), das Pulverklebeverfahren (3DP), das Flüssigmaterial- oder Photopolymerverfahren (SLA). Daneben gibt es zahlreiche weitere Verfahren, etwa Kombinationen aus SLA und Metallguss.

Die Baugröße professioneller Dienstleister reicht von etwa 40 x 25 x 20 cm bis hin zu Großformatdruck-Anbietern mit Bauraumgrößen von 4 x 2 x 1 m und mehr.

Woher kommen die Druckdaten?

Der 3D-Druck setzt fehlerfreie 3D-Modelldaten voraus. Das ist die größte Hürde additiver Fertigungsverfahren, denn nicht jeder Handwerksbetrieb konstruiert am PC dreidimensional und nicht jedes 3D-Modell ist sofort fehlerfrei druckbar. Konstruiert man nicht sorgfältig, ist eine mehr oder weniger aufwendige Modellkorrektur oder gar eine komplette Neuerstellung der Geometriedaten erforderlich.

Modelle für den 3D-Druck werden in der Regel mit CAD- oder Modellierprogrammen erzeugt. Viele, aber längst nicht alle Programme verfügen über entsprechende Schnittstellen. Das für die rechnergestützte Modellgenerierung wichtigste 3D-Datenformat STL (Stereolitography) unterstützen vor allem designorientierte CAD-, Modellier- und Rendering-Programme, wie zum Beispiel 3DS-Max, Cinema4D, FormZ, Maya, MegaCAD, Rhino 3D, SketchUp, SolidWorks und andere. Aber auch einige schreinerspezifische CAD-Programme, wie zum Beispiel CAD+T, OSD-Spirit 3D, Pytha oder Vectorworks Interiorcad, verfügen über eine STL-Schnittstelle. Weitere wichtige Datenformate sind 3DM, 3DS, 3MF, SKP, STEP, IGES etc.

Auch das 3D-Laserscanning ist eine mögliche Datenquelle für die additive Fertigung. Mit handgeführten oder stationären Laserscannern lassen sich in wenigen Minuten auch sehr komplexe Objekte dreidimensional erfassen. Hinterschneidungen, Hohlräume oder Fehlstellen setzen allerdings eine Nachbearbeitung der Scandaten voraus. Außerdem müssen die Scandaten anschließend in ein CAD-Volumenmodell überführt werden.

Eine weitere Quelle für 3D-Druckmodelldaten sind 3D-Bibliotheken, wie etwa das Google 3D-Warehouse, Thingiverse, Youmagine oder Pinshape. Hier findet man zahlreiche, auch für den Möbel- oder Innenausbau geeignete, kostenpflichtige oder kostenfreie Objekte, die man individuell modifizieren kann. Auch einige 3D-Druckdienstleister (z. B. www.trinckle.com) haben auf ihrer Seite Online-Plattformen eingerichtet, in denen Nutzer Modelldaten austauschen können. Im Falle einer kommerziellen Nutzung sollte man allerdings die jeweiligen Nutzungsbedingungen beachten.

Wie kommen die Daten zum 3D-Drucker?

Wurde das zu druckende Objekt im CAD- oder Modellierprogramm korrekt konstruiert, kann es für den 3D-Druck per Export-Funktion ausgegeben werden. Meist wird dazu das STL-Datenformat verwendet. Das ist quasi eine „Gemeinschaftssprache“ in der 3D-Druckbranche, die von allen 3D-Druckern verstanden wird. Beim STL-Export wird das 3D-Modell in eine Vielzahl kleiner Dreiecke umgewandelt, mit denen die Modelloberfläche eindeutig definiert wird. Je kleiner die Dreiecke sind, desto genauer wird die Objektoberfläche dargestellt. Das Format ist deshalb so verbreitet, weil es so einfach ist. Durch die Reduktion der Datenmenge sind STL-Dateien klein und können damit problemlos per E-Mail versandt oder per Upload-Funktion dem Druckdienstleister übergeben werden. Allerdings transportiert STL nur Basisinformationen der Objektform. Farben oder Texturen werden nicht gespeichert, diese müssen bei Bedarf separat ergänzt werden.

Während der Druckvorbereitung beim Druckdienstleister werden mit einer druckerspezifischen Treibersoftware verfahrens- und materialspezifische Einstellungen vorgenommen, gegebenenfalls unterschiedliche Modellfarben oder -materialien definiert und das Modell im Druckraum ausgerichtet. Anschließend unterteilt die Software die Geometrie in scheibenförmige Querschnitte, wobei die Scheibendicke der Schichtdicke einer Druckschicht entspricht. Je kleiner die Schrittabstände, desto glatter die Oberflächen, desto länger werden aber auch die Druckzeiten. Gängige Schichtdicken professioneller Drucker liegen zwischen 0,5 bis 0,001 mm.

Wie funktioniert der Online-Druck?

Das Grundprinzip ist einfach: Nach einem Upload der 3D-Modelldaten, der Definition von Druckparametern (Maßstab, Material, Druckverfahren, Farben, Oberflächen etc.) und Zahlungsmodalitäten sollte das Objekt innerhalb von drei bis sieben Werktagen gedruckt und per Paketdienst beim Kunden sein.

Nach dem Hochladen wird das Modell automatisch auf Konformität und Fehler geprüft. Werden Probleme in der 3D-Datei festgestellt, kann man sie teilweise mit speziellen Reparaturfunktionen beheben oder der Nutzer erhält eine Nachricht. 3D-Druckdienste, bei denen die Daten vor dem Druck nicht überprüft werden, sind zwar günstiger, jedoch nur erfahrenen Nutzern zu empfehlen. Denn es werden auch fehlerhafte Modelle gedruckt und abgerechnet.

Die Preise richten sich nach dem Druckmaterial, dem Volumen, dem Druckverfahren, eventuellen Farben, Nachbearbeitungen etc. Meist wird der Preis für das konkrete Objekt entsprechend der gewählten Druckoptionen automatisch berechnet und angezeigt. Bei Änderungen des Objekts oder der Druckparameter passt er sich automatisch an. Da es keine Standards gibt, sind die Preise und Qualitäten sehr unterschiedlich. Sie reichen von 0,5 bis 5 Euro pro Kubikzentimeter und mehr. Deshalb sollte man sich vorher Angebote einholen, Referenzmodelle anschauen und gegebenenfalls Einsparmöglichkeiten überlegen (anderes Verfahren/Material, kleinerer Maßstab, Hohlräume bilden etc.).

Die 3D-Druckobjekte können vom Dienstleister teilweise auch nachbearbeitet werden, zum Beispiel Gewinde bohren oder Flächen plan abfräsen.

Ein wichtiger Aspekt des 3D-Drucks ist auch der Schutz sensibler Produktdaten. Werden diese dem Druckdienstleister digitaler Form übergeben, hat der Urheber keinen Einfluss darauf, was nach dem 3D-Druck damit passiert. Er muss darauf vertrauen, dass der Dienstleister sorgsam damit umgeht und hierzulande geltende Datenschutz- und Sicherheitsstandards einhält.

Was muss man beachten?

Häufig kommt es bei der Konstruktion und Übergabe an den 3D-Druckdienstleister zu Problemen, die verschiedene Ursachen haben können. Viele Probleme resultieren aus der unterschiedlichen Art und Weise, wie 3D-Körper vom jeweiligen CAD-Programm modelliert werden. Das kann man nur individuell lösen. Es gibt aber auch allgemeine Regeln, damit der 3D-Druck reibungslos klappt:

  • Modelloberfläche: Damit ein Modell gedruckt werden kann, muss seine Oberfläche komplett geschlossen („wasserdicht“) sein und darf keine Löcher oder Lücken aufweisen. Mit speziellen Programmen (z. B. mit dem kostenlosen Netfabb Basic oder Mashlab) lassen sich löchrige Modelloberflächen schließen.
  • Flächenausrichtung: 3D-Modelloberflächen werden durch viele kleine Dreiecke definiert, die eine Innen- und Außenseite haben. Ist innen und außen im Modell nicht korrekt definiert, entstehen Druckfehler. Auch diese Probleme lassen sich mit speziellen Funktionen oder Programmen beheben.
  • Wandstärken: Für SLS-/SLM- oder FDM-Drucke sollten Wandstärken von 1 mm nicht unterschritten werden, bei Teilen ohne mechanische Belastung ist auch minimal 0,8 mm möglich. Bei anderen Verfahren wie Gips oder Acrylglas sollten die Wandstärken mindestens 2 mm betragen.
  • Spaltmaße: Zwischen zwei Bauteilen eines Modells sollte ein verfahrens- und materialabhängiger Mindestabstand eingehalten werden, da diese sonst beim Druck miteinander verschmolzen werden. Spalte oder Löcher werden dann nicht oder unsauber gedruckt. Empfohlen werden mindestens 2 mm.
  • Maßstab: Damit das Modell in der richtigen Größe ausgegeben wird, muss der korrekte Maßstab angegeben werden, in dem es ausgedruckt werden soll. Gibt man versehentlich einen falschen Maßstab oder eine falsche Maßeinheit an, wird das Modell zu groß oder zu klein ausgegeben (was sich auch auf den Preis auswirkt).
  • Modellgröße: Der Bauraum von 3D-Druckern ist begrenzt, so dass ein Modell nicht hineinpasst. Dann kann man es verkleinern, herausragende Bauteile weglassen, in mehreren Teilen drucken und später zusammensetzen oder man sucht einen anderen Dienstleister mit einem größeren 3D-Drucker.
  • Dateigröße: Die Größe von Upload-Druckdateien ist meist begrenzt (z. B. 32 MB). Ist die Druckdatei größer, kann man versuchen, sie nicht als ASCII-, sondern als Binär-Code im jeweiligen Programm zu speichern. Letzteres benötigt weniger Speicherplatz. Die Datei wird dadurch kleiner, ohne an Qualität zu verlieren.

Darauf sollte man achten

„Bitte nicht zu filigran“

Florian Reichle hat 2013 mit Trinckle 3D einen der ersten deutschen Online-3D-Druckservices mit gegründet. Der Druckdienstleister hat für die Konstruktion und Datenübergabe folgende Praxistipps parat: „Die häufigsten Fehler werden in Bezug auf die Konstruktion und den Modellmaßstab gemacht. CAD für die Architektur-, Raum- und Möbelplanung ist meist nicht für den 3D-Druck ausgelegt, weshalb häufig Fehler in den Modellen entstehen, wie nicht verbundene Kanten oder nicht geschlossene Oberflächen. Dies lässt sich meist leicht im jeweiligen CAD-Programm bereinigen oder mit externen Programmen. Beim STL-Export sollte man darauf achten, eine ausreichende Auflösung (Tesselierung) einzustellen. 0,1 mm Kantenlänge der Dreiecke bei gekrümmten Flächen ist meist optimal.

Ein weiterer, häufiger Fehler sind zu viele und zu filigrane Details, die zu klein für den 3D-Druck sind. Deshalb muss man auf materialabhängige Mindestabmessungen achten und bestimmte Details weglassen. Unsere Infoseiten auf www.trinckle.com enthalten neben Designhinweisen auch detaillierte Infos zu Druckverfahren, Materialien, Mindestanforderungen und typischen Fehlern.“

Florian Reichle ist Mitgründer des Online-3D-Druckservices Trinckle 3D.

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