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 der Conrad Renkforce RF1000 bei rund 2000 Euro, der Ultimaker 2 kommt auf etwa 2300 Euro und der Makerbot Replicator kostet sogar rund 2400 Euro. Letzterer wird gerade vom Deutschlandvertreter Makerbot Europe durch ein Nachfolgemodell ersetzt. Allerdings steht er immer noch für den Klassiker unter den Desktopgeräten, weshalb haben wir ihn im Testfeld gelassen haben.
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.
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 Makerbot Replicator 2, auf ABS Pearl Freesculpt EX-1 Basic und XYZprinting Da Vinci 1.0. 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-Dateien. 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.
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. Eigene Software-Lösungen bringen die restlichen Testkandidaten mit. Sie sind durchweg grafisch aufbereitet, auf das jeweilige Druckermodell zugeschnitten und in englischer Sprache. 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.
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 Makerbot Replicator 2 oder 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. Außerdem fallen kleine Löcher und verbrannte Kunststoffteilchen auf. Ähnlich fällt das Druckergebnis des XYZprinting Da Vinci 1.0 aus. Gute bis sehr gute Objekte stellen die Modelle von Conrad, iRapid und Makerbot 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 2:23 Stunden werkelt der iRapid Black 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
Foto: Ultimaker
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. In der Tabelle auf Seite xxx sehen Sie einen ermittelten Durchschnitt während der Testphase. 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 Modelle Makerbot Replicator 2, Ultimaker 2 und XYZprinting Da Vinci 1.0 jeweils noch 0,4 Watt im ausgeschalteten Zustand. Die 3D-Drucker Conrad Renkforce RF1000, iRapid Black und Pearl Freesculpt EX-1 Basic 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. Der Makerbot Replicator 2 ist dagegen am teuersten im Unterhalt. Hier errechnen wir für den kleinen Gegenstand 72 Cent.
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.
Foto: XYZprinting
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. (PC Welt/mje)