Digital Life
15.12.2013

So bastelt man Weihnachtsgeschenke mit dem 3D-Drucker

Weihnachten naht und die Suche nach dem besonderen Geschenk spitzt sich für einige zu. Die futurezone gibt einen Überblick zu Geschenken aus dem 3D-Drucker.

Weihnachten gilt ja immer noch als “besinnliche” Zeit, in der man sich gegenseitig durch Beschenken eine Freude machen kann. Doch wohl nur ein kaum nennenswerter Anteil der erwarteten 1,9 Milliarden Euro an Umsatz im österreichischen Weihnachtsgeschäft dürften auf selbst gebastelte Geschenke entfallen. Da kommt es doch eigentlich ganz gelegen, dass weltweit die Maker-Szene auf dem Vormarsch ist und die Möglichkeiten, eigene Dinge zu gestalten, so groß wie noch nie sind.

Vienna Open

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Zwar haben sich 3D-Drucker nach wie vor noch nicht als massentauglich erwiesen, doch der Zugang zur Technologie steht über FabLabs oder 3D-Druck-Diensten mittlerweile jedem frei und erfordert keine besonderen Vorkenntnisse. Notwendig dafür ist nur ein wenig Kreativität und eine grobe Vorstellung davon, was man denn eigentlich erschaffen möchte. Die futurezone gibt einen Überblick, wie man rechtzeitig für Weihnachten noch etwas Selbstgemachtes aus dem 3D-Drucker kreiert.

Die futurezone druckt Ihre Weihnachtsgeschenke aus

Die futurezone und alphacam geben allen Lesern die Möglichkeit, ebenfalls ein Geschenk aus dem 3D-Drucker zu bekommen oder weiter zu verschenken. Einfach ein selbstgemachtes oder online gefundenes 3D-Objekt aussuchen und an redaktion@ futurezone.at unter dem Betreff "3D-Druck" schicken. Einzige Bedingung ist jedoch, dass Sie uns mit dem 3D-Modell eine Begründung in Tweet-Länge (140 Zeichen) schicken, wieso wir ihr Objekt ausdrucken sollten oder wem Sie es schenken möchten. Das Einsenden der Modelle ist bis Freitag, den 20. Dezember, möglich.

Wichtig:

  • Die Objekte dürfen nicht größer als 12,7 mal 12,7 mal 12,7 Zentimeter sein. Mehrere einzelne Bauteile einer Konstruktion können allerdings ausgedruckt werden.
  • Die Dateien müssen im STL-Format vorliegen.

3D-Drucken oder nicht 3D-Drucken?

Am Anfang steht die Idee. Man kann es klassisch wie ein Ingenieur oder Designer mit Stift und Papier angehen oder sich gleich an das 3D-Modell wagen. Dennoch sollte man sich zunächst einige wichtigen Fragen stellen, wie zum Beispiel “Wie groß soll das Objekt eigentlich werden?” oder “Macht hier 3D-Druck überhaupt Sinn?”. Der Bauraum von gängigen Consumer-3D-Drucker ist recht stark begrenzt, die maximalen Abmessungen liegen meist bei 25 mal 25 mal 25 Zentimetern. Und auch wenn das Objekt noch Platz im Bauraum finden würde, gilt es auch die möglichen Kosten für Material, Zeit und Aufwand abzuwägen. Vor allem die letzteren beiden Punkte sind von großer Wichtigkeit, da viele den Aufwand zum Konstruieren eines 3D-Modelles unterschätzen. CAD- und 3D-Modelling-Programme sind zwar mittlerweile recht einfach zu bedienen, die Lernkurve ist dennoch recht steil und erfordert zu Anfang ob der Vielzahl an Möglichkeiten etwas Eingewöhnung.

Zudem müssen Objekte, die mit herkömmlichen 3D-Druckern für den Heimgebrauch ausgedruckt wurden, üblicherweise nachbearbeitet werden. Meist ist die Oberfläche noch rau und uneben oder einzelne Kunststoff-Fäden stehen ab. Und auch das Anmalen bleibt einem, außer man besitzt einen 3D-Drucker mit zwei oder mehr Extrudern und buntem Material, normalerweise nicht erspart. Wer sich von diesen Warnungen nicht abschrecken lässt, darf sich aber ohne weitere Sorgen an das Konstruieren des eigenen Weihnachtsgeschenkes aus dem 3D-Drucker machen.

Eigenentwicklung oder Heruntergeladen

Gute Künstler kopieren, große Künstler stehlen. Dieses Zitat, das unter anderem Pablo Picasso, Steve Jobs und T.S. Eliot nachgesagt wird (und wohl von keinem dieser Personen stammen dürfte) hat einen wahren Kern. Nicht immer muss es die eigene Idee sein, manchmal hilft ein wenig Inspiration von anderen dabei, etwas viel Besseres zu erschaffen. Die derzeit wohl beste Anlaufstelle dafür ist Thingiverse, ein Online-Portal von MakerBot, auf dem jeder seine 3D-Modelle hochladen und mit anderen teilen kann. Das 3D-Modell kann auch mit Nutzungsbedingungen nach Creative Commons versehen werden, sodass die kommerzielle Verwendung oder das Verändern des ursprünglichen Designs eingeschränkt werden kann. Der Großteil der Nutzer macht von dieser Funktion allerdings keinen Gebrauch und stellt seine Designs der Öffentlichkeit zur freien Verfügung.

Tipps für den 3D-Druck

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Geschenke aus dem 3D-Drucker

Geschenke aus dem 3D-Drucker

Geschenke aus dem 3D-Drucker

Geschenke aus dem 3D-Drucker

Cubify Cube

Cubify Cube

Geschenke aus dem 3D-Drucker

Geschenke aus dem 3D-Drucker

Geschenke aus dem 3D-Drucker

Vorsicht beim Format

Das ist kein Aufruf zum “Stehlen”, sondern vielmehr eine Erinnerung daran, dass womöglich bereits jemand anderes ein ähnliches 3D-Modell konstruiert hat, auf dem man aufbauen könnte oder das bereits die eigenen Ansprüche übertrifft. Auf Thingiverse gibt es unter anderem auch die Möglichkeit, 3D-Modelle direkt im Browser anzupassen und mit persönlichen Texten zu versehen. Voraussetzung ist allerdings dafür, dass der Konstrukteur des Modells die 3D-Datei entsprechend parametrisch ausgeführt hat. Verlässlich ist dieser Dienst allerdings auch nicht wirklich, der Server war des öfteren überlastet und konnte kein vernünftiges 3D-Modell fabrizieren.

Dateien auf Thingiverse werden vorwiegend im STL-Format zur Verfügung gestellt. Im STL-Format wird die Oberfläche des Objekts anhand von Dreiecken beschrieben, die aus jeweils drei Knotenpunkten bestehen, über die sie wiederum mit anderen Dreiecken verbunden sind. Die Anzahl der Dreiecke definiert die Genauigkeit der Fläche, da beispielsweise auch Kugeln und runde Flächen anhand dieser Dreiecke beschrieben werden und so leichte Ungenauigkeiten entstehen. Letztendlich ist ein Modell im STL-Format nichts anderes als ein Drahtgittermodell. Diese Toleranzen sind für den Heimgebrauch weitestgehend irrelevant, die Konvertierung in ein parametrisches Modell für ein CAD-Programm wird dadurch aber erschwert. Skalieren des Modells ist weiterhin ohne Probleme möglich, aber einzelne Maße zu verändern, kann hin und wieder Probleme bereiten.

Anleitungen zum Selbermachen

Einen etwas praktischeren Ansatz verfolgt die Plattform Instructables, auf der neben bloßen 3D-Modellen auch Bauanleitungen für die dort vorgestellten Objekte mitgeliefert werden. Das bedeutet aber auch, dass meist etwas mehr Arbeit als bloßes “Ausdrucken” erforderlich ist. Einige Anleitungen überlassen auch dem Anwender das Erstellen des 3D-Modells und erklären die grundlegenden Arbeitsschritte, beispielsweise für die simple 3D-Modellierungssoftware Autodesk 123D Design. Für Anfänger bietet Instructables einen guten Einstieg, allerdings weisen einige der Anleitungen hin und wieder Lücken oder recht stark simplifizierte Beschreibungen auf. Hier kommt man nicht darum herum, hin und wieder Google zu bemühen und sich etwas stärker in die Materie einzulesen.

Den wohl größten Fundus neben Thingiverse dürfte GrabCAD liefern, das derzeit rund 120.000 3D-Modelle im Angebot hat. Die Modelle auf GrabCAD wurden allerdings nicht für den 3D-Druck optimiert und sind meist recht detailliert, sodass sie nur schwer auf einem 3D-Drucker reproduzierbar sind. Dafür sind sie auch in zahlreichen parametrischen Formaten verfügbar, sodass sie mit einem entsprechenden CAD-Programm angepasst werden können. Auf der noch recht jungen PlattformYouMagine gibt es unter anderem die Möglichkeit, eine Idee in schriftlicher Form der Community zu überlassen, die dann Hilfestellung leistet oder sogar das entsprechende 3D-Modell konstruiert.

Der Suchoperator “filetype:stl” auf Google ist ebenfalls hin und wieder einen Versuch wert. So lassen sich oft 3D-Modelle finden, die außerhalb der großen Plattformen wie Thingiverse oder GrabCAD liegen.

Wildwuchs beim 3D-Modellieren

Wer sich dann aber doch selbst an der Gestaltung eines 3D-Modells versuchen möchte, hat derzeit eine recht große Auswahl an kostenfreien Programmen zur Verfügung. Nahezu jeder namhafte Hersteller hat eine kostenlose 3D-Modellierungs- oder CAD-Software im Angebot. Beliebt für den Einstieg ist vor allem Autodesks 123D Design, das für Mac und Windows sowie in einer abgespeckten Version für iOS und alle gängigen Browser verfügbar ist. Die Verwendung ist recht simpel, letztendlich bietet 123D Design alle grundlegenden Funktionen eines CAD-Programms. Für etwas höhere Ansprüche gibt es zudem Autodesk Inventor Fusion. Das wird zwar nicht mehr offiziell von Autodesk weiterentwickelt und ist im kostenpflichtigen Fusion 360 aufgegangen, doch die letzte Version steht weiterhin für Mac und Windows zum Download bereit.

Blender und Co

Einen ähnlichen Funktionsumfang bietet Creo Elements Direct Modeling Express 4.0 von PTC, im Vergleich zur Vollversion ist lediglich die Zahl der Elemente einer Baugruppe begrenzt und beim Start muss der PC mit dem Internet verbunden sein. Von der PTC-Software gibt es allerdings keine Mac-Version. Für alle Plattformen verfügbar sind hingegen 3DTin und Tinkercad. Die beiden Programme laufen vollständig im Browser und bieten grundlegende Funktionen. Zudem lassen sich 3D-Modelle in das STL-Format exportieren. Empfehlenswert ist auch das 3D-Modelling-Programm Blender, das allerdings in Anbetracht der Vielzahl an Optionen Einsteiger leicht überfordern kann. Hier gibt es eine optionale “3D Printing Toolbox”, die einige wichtige Plugins für den 3D-Druck nachliefert, beispielsweise zum Vereinfachen eines Modells, sodass es letztendlich auch für den 3D-Drucker geeignet ist.

Das Grundprinzip

Am Beginn eines 3D-Modells steht immer eine Skizze. Damit ist jedoch nicht eine Zeichnung auf Papier gemeint (auch wenn diese wichtig für das Konstruieren ist), sondern eine digitale Skizze im CAD-Programm. Diese legt man auf eine der verfügbaren Ebenen und extrudiert sie zu einem 3D-Modell. Ausgehend von diesem Volumen lässt sich dann durch das Hinzufügen oder Entfernen von Material das gewünschte 3D-Objekt formen. Wer noch nie mit einem derartigen Programm gearbeitet hat, sollte zunächst mit 123D Design arbeiten. Autodesk stellt recht umfangreiche Tutorials zur Verfügung und auf YouTube finden sich zahlreiche gut erklärte Einführungen in das Programm, beispielsweise von Ben Heck. Hat man einmal die grundlegende Funktionsweise von CAD-Programmen erlernt, ist auch der Umstieg auf ein anderes Programm kein wirkliches Problem, es kostet nur etwas Zeit. Für den Großteil der Anwendungen wird jedoch 123D Design ausreichen.

Das gewünschte Modell muss anschließend in G-Code übersetzt werden. Dieser gibt dem 3D-Drucker die Verfahrwege und Geschwindigkeiten für jede einzelne Schicht des Objekts vor. Bei "Plug and Play"-Modellen, wie dem Makerbot Replicator 2 oder dem Cubify Cube, wird meist bereits recht simple Software für diesen Zweck mitgeliefert. Es gibt allerdings auch Open Source-Lösungen wie Skeinforge oder Slic3r, mit denen der G-Code erstellt werden kann.

Scannen statt modellieren

Kinect sei Dank ist auch der 3D-Scan mittlerweile für jeden erschwinglich. Aber auch hier gilt: Wunder darf man sich keine erwarten. Die Scans sind meist recht grob, ein Vollbart wird da schnell einmal als Teil des Kopfes erkannt, sodass eine eher unförmige Masse beim Scan herauskommt. Die futurezone hat eine Handvoll von Software-Lösungen getestet, unter anderem die Software ReconstructMe, Skanect und Autodesk 123D Catch. Keines lieferte wirklich perfekte Lösungen, alle erforderten hinterher noch Nachbearbeitung. Da die Modelle bereits als Drahtgittermodell zur Verfügung gestellt werden, stößt man mit CAD-Programmen schnell an seine Grenzen, letztendlich sollte man zu einem 3D-Modellierungsprogramm wie Blender greifen, da oft einzelne Flächen ausgefüllt oder versehentlich mitgescannte “Reste” entfernt werden müssen.

Wer keine Kinect zu Hause hat, kann auch auf Dienste wie 123D Catch zurückgreifen. Das kostenlose Programm für Windows und iOS erstellt anhand von Bildern ein 3D-Modell. Meist reicht ein Dutzend Bilder aus verschiedenen Perspektiven aus, um ein recht passables 3D-Modell zu produzieren. Diese werden sogar mit einer Textur versehen, für den 3D-Druck ist das aber irrelevant, da lediglich sehr kostspielige Industrie-Geräte auch den Mehrfarben-Druck beherrschen.

Die eigene Actionfigur

Eines der beliebtesten Anwendungsgebiete für den Heim-3D-Scan ist nach wie vor das Erschaffen von selbstgemachten Actionfiguren. Eine gute Anleitung hierfür findet sich auf Instructables. Eine professionelle Variante kann über Dienste wie Twinkind bestellt werden. Das Problem hierbei ist jedoch: Twinkind hat seinen Sitz in Berlin und der 3D-Scan kann nur vor Ort erfolgen. Dafür erhält man aber zum Schluss eine detaillierte und realistisch bemalte Figur. Der Preis reicht dafür aber auch von 225 bis hin zu stolzen 1290 Euro. Einen ähnlichen Dienst bietet auch das Wiener Unternehmen “3D Druck” an. Eine günstigere Alternative bietet der Wiener 3D-Druck-Shop 3DEE.at an. Für 30 Euro kann eine einfärbige und knapp 15 Zentimeter große Ganzkörper-Statue in Auftrag gegeben werden, Der Scan dauert ein paar Minuten und wird in der Filiale auf der Landstraßer Hauptstraße vorgenommen. Die Statue selbst kann nach ein bis zwei Tagen abgeholt werden.

Kunststoff oder Metall

Mittlerweile herrscht bei 3D-Druck-Materialien ja scheinbar die Qual der Wahl, wenn man sich die Schlagzeilen der letzten zwei Jahre ansieht: Angefangen bei Schokolade, über verschiedene Speisen (unter anderem Pizza) hin zu Papier und Holz. Letztendlich muss man auch wieder auf den Boden der Realität zurückkommen und sich mit dem zufrieden geben, das derzeit zur Auswahl steht. Für Heim-3D-Drucker, die vorwiegend mit dem FDM-Verfahren, besteht meist gerade einmal die Wahl zwischen PLA- und ABS-Kunststoffen. Hier gibt es zwar auch recht ungewöhnliche Materialien, die beispielsweise ihre Farbe unter Hitze verändern oder fluoreszierend sind, doch die Möglichkeiten sind - mit Ausnahme der Farbe - stark begrenzt.

Eine Auswahl findet man unter anderem bei den österreichischen Händlern3DEE.at undPrirevo. Wer allerdings nach etwas Extravaganterem sucht als Kunststoff, sollte sich bei 3D-Druck-Dienstleistern wieSculpteo oder i.Materialiseumsehen. Diese bieten eine recht breite Palette an, angefangen bei Stahl über Bronze, Kupfer, Gold oder Keramik. Allerdings sind die Preise auch deutlich höher als bei Kunststoff, daher sollte man auf das Volumen des 3D-Modells achten. Bei vielen dieser Materialien ist 3D-Druck eher nur ein Mittel zum Zweck und übernimmt nicht den kompletten Herstellungs-Prozess. Bei Gold wird beispielsweise zuvor ein Wachsmodell per 3D-Druck gefertigt, mit dem eine Gussform für das gewünschte Objekt hergestellt wird. Nicht überall wo 3D-Druck draufsteht, ist somit auch zu 100 Prozent 3D-Druck drin.

Hilfe, ich habe keinen 3D-Drucker

Sculpteo und i.Materialise sind derzeit die bekanntesten 3D-Druck-Dienstleister in Europa. Da die beiden Unternehmen jedoch ihren Firmensitz in Belgien (i.Materialise) und Frankreich (Sculpteo) haben, kann die Zustellung des Pakets durchaus eine Weile dauern. Einige Unternehmen wie Prirevo und “3D Druck” bieten gegen eine Gebühr den Ausdruck von 3D-Modellen an. Eine clevere Lösung kommt vom Unternehmen 3DHubs.com.

Das bringt Besitzer von 3D-Druckern und Suchende zusammen. Möchte man ein 3D-Modell ausdrucken, übermittelt man einfach eine STL-Datei an einen sogenannten 3D Hub in der Nähe und der prüft dann, ob das Modell auf seinem Drucker fertigbar ist. In Wien gibt es bereits eine Handvoll Teilnehmer. Spätestens nach einigen Tagen kann das Modell abgeholt werden oder auf Wunsch eine Zustellung vereinbart werden. Natürlich ist auch der Besuch in einem FabLab, wie beispielsweise demWiener HappyLab,eine Möglichkeit. Die Mitgliedschaft ist bereits ab einer Gebühr von drei Euro pro Monat möglich. Jeden Mittwoch findet eine Einführungsveranstaltung statt, bei der auch die wichtigsten Maschinen erklärt werden.

Mehr zum Thema 3D-Druck wird es auch auf der ersten österreichischen 3D-Druck Kongress, dem von der futurezone veranstalteten "Print3Dfuture"-Kongress, am 27.3. in Wien zu hören geben.