Wir haben einen 3-D-Drucker

Unser Replicator 2 plus Laptop mit MakerWare
Unser Replicator 2 plus Laptop mit MakerWare

Was für eine Schlagzeile – die Stadtbibliothek Köln hat einen 3-D-Drucker. Doch was ist das für eine Technologie, die da seit einigen Jahren einen stetig wachsenden Bekanntheitsgrad erfährt und wie passt sie zu uns?

Aus meiner Erfahrung weiß ich: Einige von euch sind mit der Technologie vertraut, haben auf YouTube die Möglichkeiten des 3-D-Drucks bestaunt oder ein solches Gerät sogar selbst schon einmal benutzen können. Für euch wird es in den letzten Abschnitten wieder interessanter. Für andere ist der Begriff neu und weckt zahlreiche Assoziationen und Vorstellungen. Was könnte mit 3-D-Druck gemeint sein? Das Aufbringen von Farbe oder Schrift auf ein dreidimensionales Objekt? Das Drucken eines zweidimensionalen Bildes mit 3-D-Eigenschaften?

Tatsächlich ist 3-D-Druck (die Schreibweise mit den zahlreichen Bindestrichen ist vom Duden empfohlen – mal schauen wie lange ich das durchhalte) ein Produktionsverfahren, in dem durch schichtweises Auftragen von Material, Objekte hergestellt werden.  Als Vorlage dient dem computergesteuerten Druckkopf ein digitales 3-D-Modell, dessen Form ihm schichtweise übermittelt wird. Die Idee ist dabei nicht neu. Bereits 1986 wurde durch Chuck Hull die erste Form des 3-D-Drucks patentiert. In der so genannten Stereolithographie zeichnet ein Laser die Form des Objekts auf eine dünne Schicht lichtempfindlicher Flüssigkeit. Dort wo der Laser die Flüssigkeit trifft härtet sie aus. Sobald die unterste Schicht des Objekts komplett ist, wird der Flüssigkeitspegel leicht angehoben bis er über den Rand der ausgehärteten Form reicht. Nun kann die nächste Schicht durch den Laser ausgehärtet werden. Am Ende des Prozesses wird ein fertiges Objekt aus der Flüssigkeit gehoben. (Hier eine Vorführung der Hochschule Aalen). Das erste Anwendungsgebiet der neuen Technologie war die Erstellung von Prototypen. Vor jeder Serienproduktion steht die Entwicklungsphase, in der ein Produkt viele funktionale und optische Veränderungen erfährt. Die Erstellung von Prototypen war ein ungeheuer aufwendiger Prozess, der z.B. die Erstellung von Formen beinhaltete. Mit der Stereolithographie konnte die digitale Vorlage direkt umgesetzt werden. Auf diese erste Art des 3-D-Drucks folgten andere. Mit der Zeit wurde der Einsatz von Computern zur Selbstverständlichkeit, die Druckmaterialien wurden robuster und die Kosten des 3-D-Drucks sanken. Mit der sogenannten Maker-Bewegung (engl. Artikel | dt. Artikel | dt. Clip) ging die Technologie schließlich in die Hände von Bastlern und Tüftlern über, die sich ihre Drucker teilweise selbst zusammenbauen. Sie treffen sich in Fablabs und Makerspaces (hier in Köln z.B. die Dingfabrik), in denen ihnen ein großes Angebot von Do-It-Yourself-Werkzeugen zur Verfügung steht und gemeinsam geschraubt, geschweißt und gedruckt wird. Bei diesen selbstgemachten 3-D-Druckern wird meist nicht mehr mit Lasern gearbeitet, sondern nach dem Prinzip einer Heißklebepistole. Plastikfäden werden im Druckkopf aufgeschmolzen. Flüssig trifft der Kunststoff auf die Druckplatte und verhärtet als unterste Schicht des Objekts. Die Druckplatte senkt sich minimal ab und der Druckkopf druckt die zweite Schicht auf der ersten. Konsequenterweise wird dieses Verfahren Schmelzschichtung genannt. Auch unser 3-D-Drucker (Replicator 2 von MakerBot) arbeitet nach diesem Prinzip. Hier ein solcher Druck im Zeitraffer:

Zurzeit scheint es, als sei ein weltweiter Wettstreit im Gange bei dem die revolutionärsten Anwendungen des 3-D-Drucks gesucht werden. Ein Forschungsprojekt unter der Leitung von Rolls-Royce will Flugzeugturbinen drucken. Der Hausbau soll mit gedruckten Komponenten beschleunigt oder durch das Contour Crafting sogar komplett von überdimensionalen 3-D-Druckern übernommen werden. So untersucht zum Beispiel die ESA (European Space Agency) inwiefern der Druck einer Mondbasis mit der Technologie umsetzbar ist. In der Medizin werden Prothesen und Exoskelette (bewegungserleichternde „Gerüste“ für den menschlichen Körper) gedruckt. Und das Unglaublichste zum Schluss: Durch den Druck mit organischem Material ist es sogar schon gelungen, Knorpel und Haut zu produzieren – auch essbares Fleisch soll möglich sein. Wir sprechen hier von einer Technologie, die bisherige Produktionsketten auf den Kopf stellt und ungeahnte Möglichkeiten eröffnet. Und bis zu einem bestimmten Punkt sprechen wir auch von der Privatisierung der Produktion. 3-D-Drucker werden erschwinglich. Wer ein entsprechendes 3-D-Modell hat, versorgt sich selbst. Die Grenzen der neuen Freiheit liegen beim verwendeten Material, der Größe des Druckers und der eigenen Geduld. Die Geräte für Heimanwender werden von Jahr zu Jahr einfacher und liefern eine immer bessere Qualität. Aber noch ist viel zu beachten, damit ein Druck gelingt. Ist das 3-D-Modell für den Druck geeignet? Stimmt der Abstand zwischen Druckkopf und Druckplatte. Hat die Druckplatte genug Haftung? Ist die Umgebung des Druckers zu kühl oder zu zugig? Nur einige der Probleme, denen wir bereits begegnet sind.

Ein gedruckter Dom
Ein gedruckter Dom (3-D-Modell von sandy3d, CC BY-NC 3.0)

Und da schließt sich der Kreis. Warum hat die Stadtbibliothek Köln einen 3-D-Drucker?

Öffentliche Bibliotheken bewegen sich in einem Kontinuum zwischen Unterhaltung und Bildung. Wir versorgen euch mit Gedankennahrung und Ablenkung, mit Informationen und Träumen. Bisher musstet ihr dies alles (in eurem Kopf oder auf einem Datenträger) nach Hause tragen und musstet dort Wege finden, euch auszudrücken und eure Kreativität zu kanalisieren. Die Stadtbibliothek Köln entwickelt sich stetig weiter – mit den Medienformen, mit der Technik und mit dem Zeitgeist. Auf der 4. Etage der Zentralbibliothek entsteht in den nächsten Monaten im gewohnten Umfeld der Musik- und Filmmedien ein Ort des “Machens”. Es wird ein Makerspace, nur ohne Werkstattcharakter. Hier könnt ihr u.a. Musizieren, Schallplatten digitalisieren und Podcasts aufnehmen. Und hier steht der 3-D-Drucker – unsere erste Errungenschaft für die neue Etage und unsere Chance, euch einen Einblick in eine Technologie zu ermöglichen, die unser aller Zukunft prägen könnte. Auch das ist eine Form der Informationsvermittlung.

Noch ein paar praktische Informationen: Wie erwähnt, steht der 3-D-Drucker auf der 4. Etage der Zentralbibliothek (Josef-Haubrich-Hof 1). Dienstags bis freitags wird jeweils um 11 und (Edit: ab November 2013 entfällt der 11 Uhr Termin) um 17 Uhr durch unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ein kurzer Beispieldruck durchgeführt. Samstags wird das Gerät von 11 10 bis 15 Uhr (Edit: ab November 2013 schon ab 10 Uhr) betreut und kann für eigene Projekte genutzt werden. Bringt dafür bitte euer 3-D-Modell als STL-Datei mit. Für einen gelungenen Ausdruck berechnen wir euch 5 Euro Grundgebühr zuzüglich 10 Cent pro Gramm.  EDIT 7.3.13: Der Ausdruck ist kostenfrei. Noch gibt es keine Form der Anmeldung. Das wird sich einspielen, wenn wir unsere Erfahrungen sammeln – mit dem Druck, mit eurem Interesse, mit euren Projekten. Demnach können wir euch hier und heute nicht garantieren, dass ihr bei eurem Besuch auch dran kommt. Bringt also auch Geduld und Neugierde mit.

Natürlich ist dazu noch viel mehr zu sagen, daher schließt dieser Artikel mit dem Hinweis auf noch folgende Artikel und mit Vorfreude auf unsere und eure Ideen für diese grandiose kleine Maschine!

Zum Weiterlesen:

Computerwoche: Das Potential von 3D-Druck

Deutschlandradio Kultur: Wie 3D-Drucker das Konsumverhalten verändern

The Economist: A third industrial revolution

(ba)

16 Antworten auf „Wir haben einen 3-D-Drucker“

  1. sehr schöne Idee! Prima Artikel, der mal mehr Angaben zum 3D Drucker in der Stadtbibliothek macht, als auf der Homepage zu lesen war.

  2. Die Kosten sind durchgestrichen, woanders finde Ich diese Kosten von 5 Euro plus €0,1/gr. Was stimmt nun?
    In der Stadtbibliothek Hamburg ist es kostenlos.

    Bei €5+€0,1/gr fühlt man sich ja genötigt viel zu sammeln, evtl. auch von mehreren Personen, und es in eine Datei zu packen…
    Soll damit Geld verdient werden? Einmalige €2000 sind für eine Million(en)stadt-Bibliothek ja nun auch nicht die Welt. Mögliche Reparaturkosten machen es wohl auch nicht “fett”/aus. Wenn man die Material berechnet, wäre das aber noch verständlich.
    Allerdings wäre dann auch ABS statt nur PLA gut.
    Scheinbar ist PLA weniger robust.
    Hier ein Beispiel:
    http://www.thingiverse.com/thing:2009739
    Damit zieht man eine Spiel-Lenkrad-Gangschaltung am Tisch fest.
    Die sollte natürlich nicht brechen.
    ich suche noch Ersatzteildateien für diese Schraube (die Schraube alleine würde reichen), sowie die zwei weiteren Halteklemmen rechts und links vom Hebel eines Logitech G27. Könnte also nicht mal Originale mitbringen. Aber diese Dinge sind naturgemäß belastet. OK, das Lenkrad mehr als die Gangschaltung…

    1. Danke für die Nachfrage, Tobias.

      Wenn Du an einem Samstag zu uns kommst, um ein Objekt mit einer maximalen Druckdauer von einer Stunde ausdrucken zu lassen, kostet es nichts. (Wo standen die Angaben mit 5 Euro plus 10 Cent pro Gramm? Sind veraltet.)

      Eine andere Option ist, dass Du eine Lizenz für den 3D-Drucker erwirbst. Das ist ein zweistündiger Workshop, in dem wir Dir die Funktionsweise und Bedienung des Druckers nahebringen. Mit der Lizenz kannst Du anschließend Maschinenzeit (auch unter der Woche) am Drucker buchen. Für das Material erheben wir keine Nutzungsgebühr, allerdings ist eine gültige Mitgliedschaft bei der Stadtbibliothek Köln nötig.

      Unsere Drucker verwenden zur Zeit ausschließlich PLA, da kein beheizbares Druckbett eingebaut ist.

      Die aktuellen Informationen dazu findest Du hier: http://www.stadt-koeln.de/leben-in-koeln/stadtbibliothek/bildungsangebote/3-d-drucker-und-3-d-scanner

      Liebe Grüße
      Sebastian

      1. Auf der Seite von Köln.de:
        http://www.koeln.de/koeln/nachrichten/3ddruckerstadtbibliothekkoeln_690691.html

        Ist kein Heizbett geplant, weil ein regelmäßiger Materialwechsel je nach Nutzerinteresse nötig sein könnte? Oder ist ABS teurer? Denn wenn man einmal fehlerfrei ABS verarbeiten kann, könnte man es ja dauerhaft einsetzen.
        ABS hat neben der höheren Zähigkeit durch etwas weniger Härte auch den Vorteil, dass man es gebrochen mit Modellbaukleber (Uhu Plast etc.) leicht selbst “kalt Schweißen” kann.
        Das Mittel löst ABS an der Oberfläche auf, und wenn es wieder hart ist, ist die Stelle praktisch so fest wie das Original.

        Kann man gescannte Objekte noch schnell leicht verändern?
        Z.B. in eine Schraube (Plastik, dick, sehr grobes Gewinde) noch ein durchgehendes “Loch”, einen “Zylinder” einbauen, um später eine Metallschraube oder Gewindestande einzusetzen (eindrehen in ein fertig gedrucktes Gewinde, oder einkleben mit 2-K-Harz). So wäre das Teil verstärkt, und stärker als das Original aus reinem Kunststoff.
        Oder man will seitliche Hohlstrukturen “auffüllen”, um ein massiveres Objekt zu erhalten als das Original. Gerade bei PLA vs. Original aus zäherem Material evtl. etwas von Vorteil.

        Kann man mehrere Teile in mehreren Dateien kombiniert auf dem Drucker ausgeben?
        Wenn das überhaupt einen (zeitlichen) Vorteil bringt.
        Wenn man die Teile fertig als Datei aus dem Netz hat, aber in getrennten Dateien.
        Oder man hat eine Datei, die enthält aber mehr Teile als man benötigt, da wäre es für beide Seiten gut die unbenötigten entfernen zu können.

        Teile mit einem Innengewinde könnten wohl ein Problem darstellen (?).
        Oder kommt der Scanner da wenigstens je nach Durchmesser ein paar cm schräg rein?
        Hier wäre es gut, wenn anhand einer gescannten Schraube halbwegs automatisch dessen Gewinde invertiert auf das Lochinnere übertragen werden könnte, oder es eine Gewindefunktion in der Software gibt.

  3. Lieber Tobias,

    der News-Artikel auf koeln.de ist von 2013 und insofern veraltet. Was auf unserer Homepage (www.stbib-koeln.de) steht, zählt in diesem Falle.

    Wir planen kein Heizbett aus den folgenden Gründen:

    1) Unsere Drucker im Publikumsverkehr verfügen nicht über die Möglichkeit, ein beheiztes Druckbett zu betreiben. Das ist mit diesem Modell schlicht nicht möglich.

    2) ABS entwickelt starke und ungesunde Gerüchte, im Gegensatz zu PLA, wodurch wir für eine gute Belüftung sorgen müssten. Das ist in unseren Räumen nicht zufriedenstellend möglich.

    Die eingescannten Dateien lassen sich mit den handelsüblichen CAD-Programm bearbeiten. Allerdings ist die Bearbeitung selbst nicht Teil unseres Service, wir stellen Dir auf unseren Rechnern allerdings die Software zur Nutzung vor Ort zur Verfügung. Sprich: Du müsstest es selbst machen.

    Man kann mehrere verschiedene Dateien aufs Druckbett legen und “gleichzeitig” drucken, ja. Jedes Objekt wird dann gleichzeitig hochgezogen. Die Zeitersparnis ist minimal, allerdings ist die Fallhöhe größer, falls es sein Problem während dem Druck gibt (denn dann wären alle Objekte für die Katz und nicht nur eines).

    Objekte mit Innenleben sind für den Scanner fast unmöglich einzuscannen. Und auch mit Schraubengewinen tut er sich etwas schwer, da sie meist zu fein sind. Eine Gewindefunktion hat zumindest die Software zum Einscannen nicht.

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