3D-Drucker im Vergleich

Der 3D-Druck will rein in die Hobbykeller und weg vom Image, dass nur Profis oder ambitionierte Maker mit den Objektdruckern etwas anfangen können. Sie sollen jeden interessierten Technikliebhaber ansprechen, da sie als Fertiggeräte im Gegensatz zu Bausätzen kein Ingenieursstudium mehr voraussetzen, um die Geräte in Gang zu kriegen. Damit versprechen sie uns, mit ein paar Handgriffen betriebsbereit zu sein. Die Geräte setzen dabei alle auf das Schichtschmelzverfahren - Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF). Sie schmelzen Kunststoff, drücken ihn durch eine Düse und setzen ihn kontrolliert Schicht um Schicht auf einer Bauplattform übereinander, bis das Objekt fertig gebaut ist.

Die Bandbreite an unterschiedlichen Modellen ist groß. In Testfeld markieren die Modelle Pearl Freesculpt EX-1 Basic für 700 Euro oder XYZprinting Da Vinci 1.0 für 600 Euro den Einstieg in den 3D-Druck. Im preislichen Mittelfeld befindet sich der iRapid Black mit 1000 Euro. Für die gehobene Klasse an 3D-Druckern wird nach wie vor eine Stange Geld fällig: So liegt die BQ Witbox bei etwa 1700 Euro, Conrad Renkforce RF1000 bei rund 2000 Euro, der Ultimaker 2 kommt auf etwa 2300 Euro und die Makerbot-Replicator-Reihe reicht von 1600 Euro für den Replicator Mini über 1900 Euro für den Replicator 2 bis zu 3300 Euro für den Replicator Fifth Generation.

Jeder 3D-Drucker hat seine Eigenheiten

Aufgrund der preislichen Unterschiede haben wir auf ein Ranking verzichtet. Dafür gehen wir detailliert auf das Verhalten der 3D-Drucker in der Praxis ein. Denn selbst als Fertiggeräte lassen sie sich nicht einfach aufstellen, anschalten und nutzen. Alle Testkandidaten müssen wir vor dem ersten Einsatz erst einmal an den jeweiligen Standort anpassen. Und das beginnt bei der Installation. Dabei steht die Kalibrierung der Bauplattform an erster Stelle. Bei den getesteten Geräten führen Routinen durch den Prozess. Sie rufen diese über das Drucker-Display auf. Bis auf den Pearl Freesculpt EX-1 Basic gilt als Displaysprache Englisch. Das kann bei manchem Anwender eine Hürde darstellen. Den iRapid Black soll es auch mit deutschsprachiger Menüführung geben. In der Testversion kommuniziert das Gerät jedoch auf Englisch mit uns.

Der Justage-Prozess definiert den Abstand zwischen Bauplattform und Düse. Als Hilfsmittel gilt die Stärke eines Blatt Papiers. Es wird zwischen Düse und Plattform gelegt. Lässt es sich nur mit Zug bewegen, stimmt der Abstand. Zum Einstellen dienen drei bis vier Schrauben unterhalb der Plattform. Zur Kontrolle druckt etwa der iRapid fünf Würfel aus. Entstehen sie ohne Probleme auf der Plattform - sprich, in der korrekten Platzierung und ohne sich zu verschieben, ist sie korrekt positioniert und hat an jeder Stelle den richtigen Abstand zum Extruder. Weitere Eigenheiten: Beim Ultimaker 2 lässt sich die Plattform sowohl über das Clickwheel als auch über Schrauben bewegen. Der Conrad Renkforce RF1000 wiederum tastet die gesamte Bauplattform ab und vermisst diese an vordefinierten Punkten. Auch die Witbox hat etwas Eigenes: Sie legt den Abstand dank einer beiliegenden Kalibriermatte fest.

Im zweiten Schritt versorgen Sie den 3D-Drucker mit dem Kunststoff. Hier gehen die Testkandidaten unterschiedliche Wege. Während die Modelle Conrad Renkforce RF1000 und Ultimaker 2 sowohl PLA (Polylactid, Polymilchsäure) als auch ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) sowie Kunststoffgemische mit Holz (Laywood) oder Stein (Laybrick) verarbeiten können, spezialisieren sich die anderen Geräte auf eine Kunststoffart. Auf PLA optimiert sind iRapid Black und die Makerbot-Replicator-Familie. Bei der BQ Witbox geht neben PLA auch eine Mischform mit Holz. Die 3D-Drucker Pearl Freesculpt EX-1 Basic und XYZprinting Da Vinci 1.0 sind auf ABS spezialisiert. Bei reinen PLA-Druckern bleiben die Plattformen kalt, bei den ABS-Varianten und den Geräten die beide Arten verarbeiten können, lassen sich die Bauplattformen beheizen.

Auch die Verfahren zur Bestückung sind unterschiedlich, werden jedoch stets per Displayanweisungen begleitet. Beim Conrad-Modell müssen wir Schrauben an der Extrudervorrichtung lösen, um den Kunststofffaden einzusetzen. Das scheint etwas umständlich, allerdings beweist die Methode im Test, dass sich der Kunststoffaden sehr verlässlich zur Düse transportieren lässt. Der Materialfluss ist sehr konstant.

Der Da Vinci 1.0 setzt auf ein Kartuschensystem. Hier setzen wir die Patrone mit der Kunststoffrolle im Inneren des Druckers ein und führen den Faden zur Düse. Der Vorteil: Der Materialtransport ist verlässlich. Nachteil: Sie sind an Herstellermaterial gebunden. Kunststoffe unterschiedlicher Hersteller lassen sich nicht verwenden. Wir kennen die Vorgehensweise schon von den Tintenstrahl- und Laserdruckern. Die Firmen wollen so den Anwender an sich binden und relativ hohe Preise durchsetzen.

Software - Voraussetzung für erfolgreichen Druck

Jeder 3D-Drucker benötigt ein Programm, um die CAD-Vorlage in eine druckfähige Version umzusetzen. Die Software übernimmt dabei das Umrechnen der Vorgaben, kombiniert sie mit den Druckereinstellungen und erstellt daraus einen G-Code.

Diese Datei enthält jede Bewegung, die der 3D-Drucker vollzieht, gibt an, wieviel Kunststoff ausgegeben wird und wie schnell sich Schrittmotoren und Plattform bewegen sollen. Je genauer die Software den G-Code errechnet, umso besser fällt das Druckergebnis aus. Alle mitgelieferten Programme können mit STL als Format für die 3D-Vorlagen umgehen. Das Kürzel steht für Surface Tesselation Language und ist quasi die Standard-Schnittstelle bei 3D-Druckdateien. Daneben setzen Makerbot und XYZprinting auf eigene Formate für Druckvorlagen. Am flexibelsten im Umgang mit Dateiformaten erweist sich der Ultimaker 2, der auch die 3D-Vorlagenformate OBJ, DAE oder AMF versteht.

Trend zum geschlossenen System

Auf das Open-Source-Programm Repetier Host setzen die Modelle Conrad Renkforce RF1000 und iRapid Black. Innerhalb der Software findet sich mit Sli3r ein weiteres Programm mit offenem Quellcode, das für die Schichtenerrechnung des Objekts zuständig ist. Bei beiden Druckermodellen ist das Programm auf die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Geräts angepasst und bietet eine deutschsprachige Menüführung. Die Witbox ist am flexibelsten, was das Druckprogramm angeht. Sie kann mit Repetier Host, Cura oder anderen Lösungen angesteuert werden.

Vermehrt setzen die Hersteller jedoch auf eigene Drucklösungen wie etwa bei Makerbot oder XYZPrinting. Diese Drucker lassen sich nicht mit Open-Source-Programmen betreiben. Den Nachteil machen sie mit guter Bedienbarkeit wett. Die Software-Lösungen sind durchweg grafisch aufbereitet, auf das jeweilige Druckermodell zugeschnitten und in englischer Sprache. Die aktuellen Replicator lassen sich sogar remote per App ansteuern. So haben Sie die Drucker vom Smartphone und Tablet aus im Griff. In allen Fällen ist die Druckplattform dargestellt. Laden Sie eine STL-Datei in das jeweilige Programm, können Sie das Objekt von allen Seiten betrachten, drehen, vergrößern, verkleinern, das Objekt multiplizieren oder auf die maximale Baugröße bringen.

Alle Programme erfordern eine gewisse Einarbeitung. Sehr intuitiv ist etwa XYZware des Da Vinci 1.0 aufbereitet. Recht gewöhnungsbedürftig kommt uns Myriwell vor, die Software zum Pearl-Gerät. Je nach Druckermodell lässt sich der Druck direkt aus den Programmen starten oder die Druckvorlage auf SD-Karte speichern. So ist etwa beim Ultimaker 2 ein Druck aus Cura nicht vorgesehen. Einen anderen Weg als über die SD-Karte gibt es nicht. Der USB-Anschluss am Drucker dient nur für Firmware-Updates, nicht fürs direkte Drucken vom PC. Bei der BQ Witbox wiederum, die auch auf Cura setzt, lässt sich der 3D-Drucler sowohl von SD als auch per USB in Gang setzen.

Viele Programme geben eine Prognose zur voraussichtlichen Druckzeit ab. Die Angaben dienen unserer Erfahrung nach als Richtwerte. So richtig gestimmt haben sie bei keinem Testkandidaten. Das gilt auch für Vorhersagen am Druckerdisplay. Oft weichen auch diese von den Angaben der Programme ab oder verändern die Zeitwerte während des Drucks erheblich. Darauf lassen sich die Replicator-Drucker oder der Pearl Freesculpt EX-1 Basic erst gar nicht ein. Sie zeigen am Display den Druckfortschritt an, nicht die verbleibende Druckzeit.

Ergebnisse bei Qualität und Geschwindigkeit

Im Testverlauf drucken wir stets identische Vorlagen. Dabei nutzen wir alle vordefinierten Druckprofile, die in der Software hinterlegt sind. In die Qualitätswertung gehen dann zwei Varianten ein: das Ergebnis bei Standard-Schichtstärke und das bei höchst möglicher Qualität. Dabei unterscheiden sich die 3D-Drucker: Während der Ultimaker 2 bis zu 0,02 Millimeter feine Schichten auftragen kann, schafft etwa der Pearl Freesculpt EX-1 Basic im Minimum 0,15 Millimeter. Das wirkt sich auf die fertigen Objekte aus. Beim Ultimaker 2 erkennen wir nahezu keine einzelnen Schichten beim Testobjekt - einem kleinen Sahnetöpfchen - mehr. Die Oberfläche hat fast keine Unebenheiten. Im Gegensatz dazu bleiben beim Pearl-Modell die einzelnen Schichten mit bloßem Auge unterscheidbar. Außerde

m fallen kleine Löcher und verbrannte Kunststoffteilchen auf. Ähnlich fällt das Druckergebnis des XYZprinting Da Vinci 1.0 aus. Der Makerbot Repkicator Mini kann nur mit Raft - einer Hilfsplattform - drucken und hat Probleme, wenn die mechanischen Bewegungen zu groß werden. Dann löst sich der Extruder aus der Magnethalterung. Die Folge: Der Druck unterbricht. Geht es dann weiter, erzeugt das Gerät an dieser Stelle einen Tropfen, der hinterher entfernt werden muss. Das gibt Abzüge in der Qualitätswertung.

Gute bis sehr gute Objekte stellen die Modelle von Conrad, iRapid, Makerbot Replicator 2 und Fünfte Generation sowie BQ Witbox her. Sie erreichen diese durchweg nicht auf Anhieb. Wir kommen in keinem Fall ums Ausprobieren herum. Danach können wir die Modelle bis auf den iRapid Black auch unbeaufsichtigt werkeln lassen, immerhin dauert der Aufbau der Objekte umso länger, je feiner sie ausfallen sollen. Beim iRapid haben sich die Fäden im Test immer wieder auf der Rolle gekreuzt und Knoten verursacht. Das führt zum Stopp der Materialzufuhr und der 3D-Drucker verliert schlicht den Faden. Er arbeitet jedoch unbeeindruckt weiter. Außerdem fehlt unserem Testgerät eine Stopp-Funktion. Der Druck kann nur durch Ausschalten des Geräts unterbunden werden. iRapid hat Abhilfe versprochen.

Je dünner die Kunststoffschichten, desto länger dauert der Druckvorgang. Am schnellsten geht es bei geringer Qualität - also bei dickeren Schichten. Hier liefert das Conrad-Modell mit 29 Minuten unser Testobjekt am flottesten ab. Bei hoher Druckqualität sind Werte über zwei Stunden nichts Außergewöhnliches: Mit 2:27 Stunden werkelt der BQ Witbox am längsten. Bis auf den Conrad Renkforce RF1000 benötigen alle Testkandidaten mehr als zwei Stunden. Dabei ist unser Sahnetöpfchen recht klein. Rechnen Sie für größere oder kompliziertere Gegenstände gut und gerne mehrere Stunden. Hilfsstrukturen, mit denen Sie Überhänge drucken und die Sie nach dem Druck wieder entfernen, gehen zusätzlich zu Lasten der Produktionszeit.

Verbrauch - Strom und Druckmaterial

Im Energiebedarf verhalten sich die 3D-Drucker ähnlich wie Laserdrucker. Sie benötigen fürs Aufheizen den meisten Strom - das können schon einmal kurzzeitig mehrere hundert Watt sein. Im Druckbetrieb schwankt der Bedarf. Im Standby-Modus erkennen wir keine besonderen Ausreißer. Dagegen trennen sich die Geräte nicht alle komplett vom Netz, wenn sie ausgeschaltet sind. Das ist umso ärgerlicher, da sie ja nicht permanent im Einsatz sind.

So ziehen die Makerbot-Modelle und die Geräte Ultimaker 2 und XYZprinting Da Vinci 1.0 jeweils noch 0,4 Watt im ausgeschalteten Zustand. Die 3D-Drucker Conrad Renkforce RF1000, iRapid Black, Pearl Freesculpt EX-1 Basic und BQ Witbox gehen bei Nichtgebrauch auf 0,0 Watt - das ist löblich.

Wie bei Druckern üblich, erzeugen auch die Objektebauer Folgekosten fürs Material. Hier differieren die Liefermengen. Deshalb errechnen wir den Kilopreis für den jeweiligen Kunststoff. Abhängig vom Gewicht unseres Testobjekts - dem Sahnetöpfchen - ergibt sich dann der jeweilige Preis. Mit dem Pearl Freesculpt EX-1 Basic mit 22 Cent kommen Sie am günstigsten weg. Wie stark die Unterschiede sind, lässt sich am Makerbot Mini demonstrieren. Der Drucker benötigt extra kleine Rollen, die umso teurer sind. Unterm Strich liegt unser Testobjekt trotz seiner geringen Größe bereits bei 1,15 Euro. Das ist wirklich sehr teuer.

Fazit: Ausprobieren ist Pflicht im 3D-Druck

Interessieren Sie sich für den Kauf eines 3D-Druckers, benötigen Sie bei allen Testkandidaten Freude am Experimentieren und handwerkliches Geschick. Wer Vorlagen nicht selbst erstellen will, findet in den diversen Communities Dateien zum Ausprobieren. Für den privaten Gebrauch sind die Vorlagen frei nutzbar, sofern Sie nicht mehr als sieben Kopien eines Gegenstandes machen. Die gewerbliche oder sonstige öffentliche Nutzung muss vom Urheber extra genehmigt werden. Unsere Testobjekte etwa stammen von Thingiverse, der Makerbot-Plattform.

Am ehesten an ein Plug-and-Play-Gerät kommt der XYZprinting Da Vinci 1.0 heran. Er ist für die Gerätekategorie günstig in der Anschaffung, aber aufgrund des proprietären Materials kostspielig im Unterhalt. Umgekehrt erwerben Sie mit dem Conrad Renkforce RF1000 oder dem Ultimaker 2 einen teuren 3D-Drucker mit relativ moderaten Folgekosten. Beide Geräte sind sehr flexibel einsetzbar. Im Falle des Conrad-Modells sogar zusätzlich als Fräse. Sie verarbeiten eine Vielzahl an Materialsorten und eignen sich für Anwender, die einen 3-Drucker über das Hobby hinaus für den professionellen Einsatz suchen. Die BQ Witbox wiederum benötigt zwar fürs Kalibrieren recht viel Geduld, kann dann aber alleine arbeiten. Dieser 3D-Drucker empfiehlt sich insbesondere für Werkstätten oder öffentlich zugängliche Räume, denn er ist abschließbar und so vor dem Zugriff Dritter geschützt. Bequem sind auch die Makerbot-Modelle Replicator Fifth Generation und Replicator Mini aufgebaut. Allerdings sind beide Modelle in der Anschaffung teuer und im Falle des Mini für einen 3D-Drucker zu eingeschränkt. Denn er beherrscht ausschließlich eine Qualitätsstufe und druckt nur mit Raft. (PC Welt/mje)