Es gibt unterschiedliche Arten von 3D-Druckern, die auch schon für Vorschulkinder geeignet sein können. Für den Schulunterricht sind offene oder geschlossene 3D-Drucker geeignet, die mit dem FDM-Druckverfahren verschiedenartige Kunststoffe verflüssigen können. FDM steht kurz für Fused Deposition Modeling und beschreibt einen Prozess, bei dem ein festes Filament zunächst geschmolzen wird, anschließend in der vom 3D-Drucker umgesetzten Form wieder aushärtet. Die Druckstoffe sind in Form eines 1,75 – 3 mm dicken Kunststofffadens auf einer Spule aufgewickelt.
ABS oder PLA Filament für den FDM-3D-Drucker?
Da bei der Erhitzung von ABS gesundheitsgefährdende Dämpfe entstehen, empfiehlt sich für den schulischen Einsatz von additiver Fertigung das in den Eigenschaften ähnliche Filament PLA. ABS ist Acrylnitril-Butadien-Styrol, ein synthetisches Thermoplast. PLA ist die Abkürzung für Polylactid Acid, es handelt sich um eine künstlich erzeugte Milchsäure. Demzufolge ist PLA-Filament biologisch abbaubar und verrottet, auch wenn dieser Prozess in der Natur viele Jahre lang dauert. Außerdem können die meisten FDM-Drucker PETG verarbeiten. Das ist ein lebensmittelechtes Material, ähnlich dem der recycelbaren Trinkflaschen aus dem Supermarkt (PET) mit dem chemischen Zusatz von Glykol.
Holzfilament mit Bambusanteil erzeugt anbohrbare 3D-Objekte
Im offenen oder geschlossenen 3D-Drucker lassen sich nicht nur unzählige Farben für den 3D-Druck verwenden, so gibt es beispielsweise nachtleuchtende Filamente, sondern auch eine Kombination mit Bambusfasern. Nicht jeder FDM-Drucker kann Holzfilamente jedoch formschön drucken, diesbezüglich sollte vor dem Kauf unbedingt auf die Herstellerangaben geachtet werden, wenn mit Bambus gedruckt werden soll. Bambus ist übrigens ein verholztes Gras und zählt entgegen landläufiger Annahme nicht zu den Holzarten. Bambus gehört zu den rasch nachwachsenden Rohstoffen und gilt daher in der Fertigungsindustrie als nachhaltiger und ökologisch wertvoller Werkstoff. Sind die 3D-Modelle entsprechend stabil vorbereitet, was durch eine hohe Innenfüllung realisiert werden kann, lassen sie sich nachträglich anbohren, Nägel können ins 3D-Objekt eingebracht werden, feilen, sägen usw. sind möglich.
Teure 3D-Drucker mit SLS/SLM Druckverfahren arbeiten mit Pulver
Während FDM-3D-Drucker vornehmlich im Freizeitbereich und bei Privatanwendern verbreitet sind, finden sich in der produzierenden Industrie zunehmend 3D-Drucker mit den Druckverfahren SLS und SLM. Bei SLS handelt es sich um das selektive Lasersintern, die Bezeichnung SLM für selektives Laserschmelzen. Diese 3D-Drucker sind ähnlich aufgebaut, so befinden sich pulverförmige Druckstoffe wie Gips, Keramik, Nylon oder diverse Metalle in einer luftdichten Druckkammer. Das ist nötig, damit die pulverisierten Druckstoffe mit vergleichsweise hoher Oberflächenstruktur nicht mit dem Sauerstoff aus der Luft reagieren, was zu Einbußen in der Druckqualität führen kann.
Lohnt sich ein Industriedrucker in der Schule?
Der Vorteil dieser 3D-Drucker ist, dass sich besonders glatte Oberflächen erzeugen lassen. Die 3D-Objekte müssen dann weniger nachbearbeitet werden, was in der Industrie einen wesentlichen Zeitfaktor darstellt. Außerdem werden bei diesen 3D-Objekten keine Stützstrukturen nötig. 3D-Drucker, die mithilfe von starken Lasern pulverförmige Druckstoffe bearbeiten können, kosten zwischen 5.000 und mehreren Hunderttausend Euro. Im Vergleich dazu gibt es für den Schulunterricht geeignete FDM-3D-Drucker bereits zu einem Kaufpreis von unter 1.000 Euro.
Nützliche Features eines 3D-Druckers für schulische Zwecke
FDM-Filamente werden über die beweglichen Druckdüsen auf eine nach Möglichkeit beheizbare Druckplatte aufgetragen. Die Düsen befinden sich im sogenannten Extruder. Ein FDM-3D-Drucker mit Doppelextruder ermöglicht einen zweifarbigen Druck. Stützstrukturen lassen sich dann aus einem anderen Werkstoff erzeugen, beispielsweise dem wasserlöslichen PVA (Polyvinylalkohol). Ein beheizbares Druckbett sorgt dafür, dass die unterste Druckschicht besser haften bleibt, was für ein einwandfreies Druckergebnis unerlässlich ist.
In einem geschlossenen FDM-3D-Drucker kann die Abkühltemperatur während des Drucks konstant gehalten werden. Offene 3D-Drucker sind preiswerter, dafür kommt es häufiger zu Verformungen der 3D-Objekte, dem sogenannten Warping. Die Abmessungen der Druckkammer haben einen maßgeblichen Einfluss darauf, wie groß einzelne Objekte maximal gedruckt werden können. Typisch sind Maße der Druckplatte von 20 x 20 cm bei einer Druckhöhe von 25 cm. Solche 3D-Drucker sind im Hinblick auf das Preis-Leistungs-Verhältnis für den schulischen Einsatz gut geeignet.
