3D-Drucker Vergleich

• Das Wichtigste in Kürze
• 3D-Drucker können Objekte aus unterschiedlichen Materialien erzeugen, am weitesten verbreitet sind Kunststoffe, Kunstharze und Keramik.
• Es existieren 3D-Drucker mit fünf verschiedenen Antriebssystemen, die jeweils spezifische Vorteile bieten.
• Das Druckergebnis ist abhängig von der eingesetzten Drucktechnologie, der Qualität der Vorlage, der Auflösung des Printers und der zugehörigen Software.

Was ist ein 3D-Drucker?

Lange galt der 3D-Druck lediglich als Leidenschaft von Nerds mit gut gefüllten Geldbeuteln oder als neuartige Fertigungstechnik in der Industrie. Dies hat sich geändert: Die Hersteller von 3D-Druckern wollen ihre Angebote für die breite Masse interessant machen. Eine Studie von PwC Strategy& rechnet damit, dass sich der Marktanteil der 3D-Drucker in den kommenden 12 Jahren verzehnfachen wird. Schon jetzt sind mehr als 1000 unterschiedliche Modelle im Umlauf. Für einen Kauf sind deshalb einige Punkte zu beachten, um das richtige Gerät für die eigenen Zwecke zu wählen.

Ein 3D-Drucker ist ein Objektdrucker. Dies bedeutet, er kann die Kopie einer Vorlage aus einem bestimmten Material erstellen. Dabei ist er in der Lage sehr präzise zu arbeiten. Die Druckergebnisse lassen sich so beispielsweise auch als Ersatz– oder als Bauteile verwenden. Die Ergebnisse können aus den folgenden Materialien bestehen:

• Kunststoffe (ABS = Acrylonitril-Butadien-Styren, PLA = Polylactide)
• Kunstharze
• Keramik
• Sand
• Wachs
• Papier
• Metalle
• Lebende Zellen (3D Bio-Printing)

Am weitesten verbreitet sind die ersten drei Materialien. Sie kommen fast ausnahmslos im Bereich für Privatanwender vor. In der Industrie und der Forschung setzt man hingegen auch auf Metalle und Zellen.

So werden die Materialkosten der zu druckenden Objekte berechnet

Die Kosten des Materials in Rohform werden in der Regel in Kilogramm (kg) angegeben. Die meisten Objekte bewegen sich jedoch im Grammbereich. Deshalb ist umzurechnen:

Materialkosten in kg/1.000 = Grammpreis

Grammpreis x Gramm des druckenden Objekts = Materialkosten

Ratsam ist die Rechnung, wenn ein Objekt aus unterschiedlichen Materialien gedruckt werden kann, deren Gewicht sich spürbar unterscheiden würde.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Grundsätzlich sind die folgenden vier Technologien zu unterscheiden:

• Flüssigkeitsmaterialverfahren
• Freiraumverfahren
• Pulverbettverfahren
• Schichtbauverfahren

Nicht alle Technologien sind für alle Anwendungsgebiete gleich gut geeignet. Die meisten Printer unterstützen nur eine Technologie. Alternativ wird auch von “generativer Fertigung” und “additiver Fertigung” gesprochen. Das früher ebenfalls gebräuchliche “Rapid Prototyping” ist mittlerweile veraltet.

Grundsätzlich wird ein Objekt über einen 3D-Scanner vermessen. Die Daten werden an den Drucker weitergeleitet, der eine Kopie entweder aus unterschiedlichen Schichten aufbaut (additiv) oder aus einem Klotz extrahiert (generativ). Hierfür erhitzt der Drucker das Material, aus dem die Kopie erzeugt wird, um es bearbeiten zu können. Je nach Modell findet eine nachträgliche oder zeitgleiche Bearbeitung mittels Laser statt.

Hilfsplattformen heißen Rafts

Bestimmte Elemente von Objekten benötigen Unterstützung während des Druckvorgangs. Als Beispiel: Wird eine Figur kopiert, müssen deren Arme abgestützt werden, um nicht abzubrechen. Hierfür erzeugt der Drucker Hilfskonstruktionen, die später entfernt werden können. Diese Hilfsplattformen werden als Rafts bezeichnet.

Welche Vorteile bieten 3D-Drucker?

Für Unternehmen bieten 3D-Drucker das Versprechen, bestimmte Teile nie wieder kaufen zu müssen. Stattdessen können sie selbst erzeugt werden. Auto-Hersteller müssten beispielsweise Ersatzteile nicht aus zentralen Fertigungsstätten an die Werkstätten liefern. Über lizenzierte Drucker können die Reparaturbetriebe die Ersatzteile vor Ort selbst herstellen.

Bauteile aller Art können präzise gefertigt werden. Dies erspart beispielsweise das mühsame Umarbeiten zu großer oder zu kleiner Bauteile. Theoretisch lassen sich einmal gescannte oder entwickelte Bauteile immer wieder reproduzieren. Über das Internet können theoretisch Druckpläne für Teile aller Art abgerufen werden.

Das letzte Argument sorgt dafür, dass die 3D-Drucker auch für private Anwender zunehmend attraktiver werden. Für den Hausgebrauch könnte ein solcher Drucker beispielsweise Dübel, Dichtungen, Kühlschrankfächer oder Schubladen fertigen.

Welche verschiedenen Arten von 3D-Druckern gibt es?

3D-Drucker lassen sich auf unterschiedliche Weise einteilen. Folgende Kategorien bieten sich dafür an:

• Fertigungsmaterial
• Antriebssystem
• Lieferzustand

Fertigungsmaterial

Aus Übersichtsgründen sollen nur die beiden Fertigungsmaterialien vorgestellt werden, die von Privatnutzern fast ausnahmslos verwendet werden. Dabei handelt es sich um Kunststoffe und Kunstharze.

Kunststoffe, in der Regel ABS oder PLA, werden über das Schmelzschicht-Verfahren zu den Kopien der Druckvorlage bearbeitet. Die Druckdüse gibt die Stoffe in den Druckraum. Hier werden sie im geschmolzenen Zustand Schicht für Schicht aufgebaut: Dabei wird von innen nach außen gearbeitet.

Kunstharze werden von 3D-Druckern über ein Verfahren bearbeitet, das Stereolithographie heißt. Dabei trocknet ein Laser das Harz aus und schneidet es zu. Kunstharz ist als Material ausgesprochen beliebt, da es sich für viele Anwendungsbereiche eignet. Es kann beispielsweise stark aushärten und so als Teil von Möbeln dienen.

Antriebssysteme von 3D-Druckern

Antriebssystem	Wirkung	Besonderheit
Kartesisch	Präzise Druckergebnisse	Leichtes Druckbett
Delta	Hohe Druckgeschwindigkeit	Geringes Gewicht der Bestandteile des Druckers
CoreXY (H-Bot ist sehr ähnlich)	Beschleunigungszyklen während des Druckens	2 Motoren
Polar	Hohe Energieeffizienz	Rotierendes Druckbett
Scara	Bester Allrounder	2 Druckarme

Lieferzustand

Zu unterscheiden sind:

• Druckstift
• Bausatz
• Plug-and-Play
• All-in-One

Ein Druckstift ist im Prinzip nur die Düse eines 3D-Druckers. Objekte können manuell erzeugt werden. Künstler schätzen die Stifte, die schon ab 40 Euro angeboten werden, sehr. Für Einsteiger, die sich erst einmal mit dem grundsätzlichen Verfahren vertraut machen möchten, sind die Stifte eine gute Wahl.

Bausätze werden schon ab 150 Euro angeboten. Ab 300 Euro gibt es eine große Auswahl. Wer handwerklich geschickt ist, kann mit den Bausätzen viel Geld sparen. Ohne handwerkliches Geschick ist es allerdings riskant, einen Bausatz zu erwerben. Die Montage verlangt Geduld: Selbst geübte Hände benötigen mehrere Stunden.

Plug-and-Play bedeutet, dass der 3D-Drucker nur eingesteckt werden muss und sofort einsatzbereit ist. In der Regel installiert er sogar seine Treibersoftware automatisch oder bietet einen Slot für eine Speicherkarte, über die hier gespeicherte Objekte gedruckt werden können. Plug-and-Play-Geräte enthalten zudem das Druckmaterial, das als Filament (bzw. FDM) bezeichnet wird.

All-in-One-3D-Drucker sind Plug-and-Play-Geräte, die auch einen 3D-Scanner enthalten. Dieser ist allerdings nicht in jedem Fall notwendig. Bestimmte Software-Lösungen erlauben das sogenannte “3D-Modelling”. Die Objekte existieren nicht real, sondern werden am Bildschirm entworfen.

Darauf sollten Sie beim Kauf eines 3D-Druckers achten

Offenes oder geschlossenes System?

Bestimmte 3D-Drucker verfügen über ein geschlossenes System, andere über ein offenes. Geschlossen bedeutet, dass der Printer ausschließlich mit Hard- und Software seines Herstellers funktioniert. Zudem müssen von ihm lizenzierte Materialien verwendet werden. Offen bedeutet, dass der Drucker mit Elementen unterschiedlicher Hersteller arbeiten kann. Dies betrifft Hardware, Software und Materialien.

Vor- und Nachteile von geschlossenen gegenüber offenen Systemen

Pro	Kontra
Einkaufspreis ist zumeist günstiger	Geschlossene Systeme sind nicht erweiterbar
Bedienung ist einfacher als beispielsweise von Open-Source-Software, da sie speziell für diese Hardware entworfen wurde	Druckmaterialien sind kostspieliger
System funktioniert nahtlos und bereitet im Alltag weniger Schwierigkeiten	Ersatzteile sind kostspieliger
	Software ist kostspieliger

Bedienung

Es gibt einige 3D-Drucker, die sich nur über den Computer steuern und überwachen lassen. Andere Modelle bieten diesbezüglich ein sehr viel umfangreicheres Angebot. Sie kommen beispielsweise mit einem LC-Display oder lassen sich mobil über eine App verwalten. Die Modelle mit LCD-Bedienung haben den Vorteil, dass sie intuitiv sind, da die Steuerung auf engem Raum gelingen muss. Im Gegenzug lassen sich allerdings einige Prozesse nicht so einfach wie am Bildschirm oder mittels App erledigen. Dies betrifft beispielsweise die Kalibrierung der Druckdüse. Erstnutzer sollten eine gewisse Zeit einplanen, um wirklich alle Funktionen aus dem Gedächtnis zu beherrschen.

Mögliche Schnittstellen des 3D-Druckers

Ein 3D-Drucker sollte über einen SD-Karten-Slot verfügen, um ihn auch ohne Computer verwenden zu können. Für die Kopplung mit einem PC oder einem Mac sollte es wenigstens eine USB-Schnittstelle geben. Wünschenswert wäre auch eine Bluetooth- oder WLAN-Verbindung, um den Printer kabellos verwenden zu können. Einige Modelle verfügen zudem über eine Ethernet-Buchse. Gerade in Unternehmensnetzwerken kann dies praktisch sein.

Hinweis: Alte Computer sind möglicherweise nicht kompatibel

Nicht alle 3D-Drucker funktionieren mit Linux-Rechnern. Bei PCs darf kein älteres Betriebssystem als Windows 7 im Einsatz sein. Bei Macs sollte wenigstens OS X aufgespielt sein. Insbesondere in Büros ist darauf zu achten, da nach wie vor einige Windows XP-Versionen im Umlauf sind.

Größe des Druckraums und des Druckers insgesamt

Die Größe des Druckraums, oft auch als Bauraum bezeichnet, wird gängig als Rechnung von Breite x Tiefe x Höhe angegeben. Millimeter (mm) dienen dabei als Maß. Alternativ gibt es auch Volumenangaben in Kubikzentimeter (cm³) oder Kubikdezimeter (dm³).

Mindestens sollte der Druckraum die Maße 200 mm x 200 mm x 200 mm beziehungsweise 8 Kubikdezimeter haben. Ansonsten ist das Anwendungsspektrum des Printers zu stark eingeschränkt.

Als Faustregel bezüglich der Größe gilt: Der 3D-Drucker hat mindestens die doppelten Maße gegenüber dem Druckraum. Im obigen Beispiel wären dies also 400 mm x 400 mm x 400 mm.

Gewicht: 3D-Drucker sind überraschend schwer

Es gibt zwar sehr leichte 3D-Drucker, doch grundsätzlich gilt: Für ihre bescheidenen Ausmaße sind sie überraschend schwer. Durchschnittlich bringen die Geräte für Privatanwender 15 Kilogramm und mehr auf die Waage. In der Industrie werden sogar dreistellige Werte erreicht. Der 3D-Drucker benötigt zwingend einen festen und stabilen Stand.

Druckauflösung & Präzision

Unter Druckauflösung versteht man die kleinste Einheit, die der Printer erzeugen kann. Gewöhnlich wird diese entweder in Mikrometer oder Millimeter angegeben. Je tiefer der Wert, umso leistungsstärker ist das Gerät. Von der Auflösung hängt ganz wesentlich die Präzision ab, mit der die Kopie vom Objekt erstellt wird. Die Abweichung wird in Mikron (Millionstel eines Meters) angegeben. Bei Geräten für Privatanwender ist eine maximale Abweichung von 50 Mikron akzeptabel. Im professionellen Umfeld sollte die Abweichung nicht mehr als 25 Mikron betragen.

Hinweis: Häufig Probleme bei der Wiederhol-Präzision

Theoretisch müsste ein 3D-Drucker in der Lage sein, unendlich viele identische Kopien vom selben Objekt zu erzeugen. Praktisch haben damit allerdings viele 3D-Drucker Probleme. Die Wiederhol-Präzision wird schlechter. Zahlreiche Hersteller machen allerdings keine Angaben zur Wiederhol-Präzision. Wer vielfach das gleiche Objekt drucken möchte, sollte auf diesen Punkt besonders achten.

Temperatur und Durchmesser der Druckdüse

Die Düse des 3D-Druckers sollte mindestens 250 Grad Celsius heiß werden. Noch besser wären 270 Grad Celsius. So ist sichergestellt, dass sie mit möglichst vielen Materialien arbeiten kann. Besonders im gewerblichen Umfeld, in dem der Printer unterschiedliche Objekte fertigen soll, ist dies wichtig.

Bedenkenswert ist es zudem, einen Drucker mit zwei Düsen zu erwerben. Dadurch kann entweder die Druckgeschwindigkeit erhöht, mit mehreren Farben gedruckt oder mit mehreren Materialien gearbeitet zur selben Zeit gearbeitet werden.

Die beiden Düsen sollten zudem unterschiedlich große Durchmesser aufweisen. Eine Düse hat normalerweise einen Durchmesser von 0,4 Millimeter. Größere Düsen erhöhen die Druckgeschwindigkeit; kleinere Düsen sind hingegen in der Lage, präziser zu arbeiten. Bei zwei Düsen lassen sich diese Qualitäten kombinieren.

Druckzeit

Die Druckzeit eines 3D-Druckers wird in Kubikmillimeter pro Sekunde (mm³/s) angegeben. Als Beispiel: Eine Düse mit einem Durchmesser von 0,8 mm erreicht eine Druckgeschwindigkeit von 24 mm³/s. Wird ein Klotz gedruckt, der die Ausmaße 100 mm x 100 mm x 100 mm hat, benötigt der Drucker dafür 12 Stunden.

Privatanwender, die keine Teile für Computer oder Maschinen drucken, sollten einen Printer wählen, der mit mindestens 50 mm³/s drucken kann. Andernfalls werden die Druckzeiten zu lange – insbesondere, wenn mehrere Objekte gedruckt werden sollen.

Abkühlzeiten sorgen für lange Druckzeiten

Das Problem beim 3D-Drucken lautet, dass die einzelnen Schichten immer wieder auskühlen und gehärtet werden müssen, bevor sie weiterbearbeitet werden können. Dadurch werden die Druckzeiten erhöht.

Preisfrage: Was kostet ein 3D-Drucker?

3D-Drucker sind deutlich günstiger geworden. Es gibt es erste All-in-One-Geräte, die für 700 bis 800 Euro zu haben sind. Der Druckraum ist allerdings sehr klein. Privatanwender sollten wenigstens 1000 Euro einplanen, um einen leistungsfähigen und zuverlässigen Printer zu erwerben. Gewerbliche Nutzer müssen minimal mit 3000 Euro rechnen. Je nach Material, mit dem gedruckt werden soll, kann der Preis allerdings auch wesentlich teurer sein.

Die richtige Software

3D-Drucker arbeiten mit Slicer-Software. Zumeist ist sie herstellerabhängig, kann aber auch Open Source sein. Slicer-Software kann Scans und künstlich erzeugte Modelle in Druckaufträge übersetzen. In der Regel sollte dies weitgehend automatisch geschehen. Es existieren allerdings einige Programme, die dem Nutzer viele Einstellungsmöglichkeiten geben. Das macht das Ergebnis zwar präziser, ist aber auch schwieriger zu erlernen.

Tipps zur Pflege des 3D-Druckers

Düse reinigen

Die Düse kann in der Regel mit kochendem Wasser gereinigt werden. Schwieriger ist es, wenn der Kunststoff auf ihr bereits ausgehärtet ist. Diesbezüglich hat sich folgender Trick bewährt: Ein kleiner Klotz wird gedruckt und auf die Düse aufgesetzt. Erreicht er die Temperatur von 74 Grad Celsius, wird der Klotz abgezogen. Die Düse sollte jetzt wieder frei liegen.

Druckraum reinigen

Aceton oder kochendes Wasser sind in der Regel geeignet, um den Druckraum zu reinigen. Allerdings gibt es einige Hersteller, die solche “Hausmittel” ablehnen. Sie verlangen spezielle Reinigungsmittel. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn mit stark klebenden Materialien gearbeitet wurde. Der Druckraum sollte, genau wie die Düse, nach jedem Druckvorgang gereinigt werden. Andernfalls beeinflussen die Reste den nächsten Fertigungsprozess negativ.

Bewegliche Teile einmal monatlich schmieren

3D-Drucker haben diverse bewegliche Teile, die wenigstens einmal monatlich geschmiert werden sollten. Falls quietschende Geräusche auftreten, muss dieser Vorgang vorgezogen werden. In der Regel genügt handelsübliches Schmierfett.

Zahnriemen benötigen Teflonspray

Zahnriemen sind in 3D-Printern unverzichtbar, um die Leistung der Motoren in Druck umzusetzen. Die Riemen benötigen regelmäßige Pflege. Die meisten Hersteller empfehlen, sie nach drei bis fünf Benutzungen mit Teflonspray einzusprühen.

Verschleißteile nutzen bei häufigem Druckvorgängen sehr schnell ab

Ein unangenehmer Nebeneffekt der großen Hitze von 3D-Druckern ist, dass sich Verschleißteile schnell abnutzen. Insbesondere die Abschirmungen in sehr günstigen Geräten sind nicht sonderlich zuverlässig. Nach einem Jahr sollten die Verschleißteile erstmals kontrolliert werden. Anschließend sollte dieser Vorgang mindestens einmal alle drei Monate wiederholt werden. Bei starker Nutzung kann eine monatliche Kontrolle sinnvoll sein.

Fragen und Antworten

Wie verhinderte ich Warping (Verziehen)?

Warping meint das Verziehen des Druckobjekts nach oben. Wo eine glatte Fläche sein sollte, ist stattdessen eine Beule zu sehen. Verantwortlich für das Warping ist ein zu schnelles Abkühlen der unteren Schichten. Trifft die Hitze der nächsten Schichten auf die Kälte, kommt es zu leichten Verdampfungseffekten und die Beulen bilden sich. Es gibt zwei Wege, wie sich dieses Problem vermeiden lässt.

Erstens hilft ein beheiztes Druckbett. Es handelt sich um jenen Bereich im Druckraum, auf dem das Objekt entsteht. Es hält die unteren Schichten warm und sorgt so dafür, dass es nicht zum Warping kommen kann.

Zweitens kann die unterste Schicht auch mit einem dünnen Film Klebstoff bestrichen werden. Dies sorgt dafür, dass sich das Material nicht ausdehnen kann und unterbindet so das Verziehen.

Wie verhindere ich den Einbruch der unteren Teile?

Dieses Problem tritt meist auf, nachdem Nutzer mit Warping zu kämpfen hatten. Die Temperatur des Druckbetts wird hochgedreht, um das Verziehen zu verhindern. Dadurch können die unteren Schichten allerdings nicht ausreichend aushärten. Sie brechen unter dem Gewicht der nächsten Schichten ein. Lösen lässt sich diese Schwierigkeit dadurch, dass die Temperatur des Druckbetts gesenkt wird. Die meisten Hersteller geben sehr gute Richtwerte an, um sowohl das Verziehen wie auch das Einbrechen zu vermeiden.

Wer hat 3D-Drucker getestet?

Achtung: Hierbei handelt es sich um einen Vergleich von 3D-Druckern. Wir haben die vorgestellten Produkte keinem Test unterzogen.

Auf dem Testportal der Stiftung Warentest findet sich bislang noch kein Test, der sich ausschließlich mit 3D-Druckern befasst. Im Mai 2013 veröffentlichte das Testinstitut jedoch einen Schnelltest zum 3D-Drucker Replicator 2 der Marke Makerbot. Das Testfazit: Zwar funktionierte die Technik, zur Zeit des Tests litt der Replicator 2 jedoch noch an einigen Kinderkrankheiten.

Das Testmagazin Chip widmet dagegen eine Bestenliste ausschließlich den 3D-Druckern. Testsieger wurde der Ultimaker S5 mit der Gesamtnote 1,2 (Testurteil „Sehr gut“), dicht gefolgt vom BCN3D Sigmax R19 mit der Testnote 1,3 (Testurteil „Sehr gut“). Platz drei teilen sich gleich vier Testmodelle mit der Testnote 1,4: der Prusa Research Original Prusa i3 MK3S, der Ultimaker 3, der Prusa Research Original Prusa SL1 und der Sindoh 3DWOX 1. Neun Testgeräte erhielten außerdem das Testprädikat „Gut“, zwei ein „Befriedigend“ und zwei ein „Ausreichend“.

Auch Computer Bild nahm einige 3D-Drucker unter die Lupe. Auf Platz eins landete der Ultimaker 2 mit der Testnote 1,9 („Gut“). Knapp dahinter folgt der Felix Robotics Felix 3.0 Dual Extruder mit der Testnote 2,0. Dritter wurde der PP3DP/Tiertime UP! Mini mit dem Testurteil „Befriedigend“. Im Jahr 2019 untersuchten die Tester außerdem ausgiebig den Ultimaker S5. Ihr Testurteil: „Sehr gut“. Besonders gefiel ihnen die hohe Druckqualität und die Präzision sowie die Möglichkeit, sehr große Objekte zu drucken. Dafür schlägt er mit Anschaffungskosten von über 6.500 Euro jedoch beachtlich zu Buche.

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