Von der Idee bis zum fertigen 3D-Druck werden folgende Phasen durchlaufen:

1. Umsetzung der Idee als 3D-Entwurf mit Hilfe eines 3D-CAD-Programms (CAD : Computer Aided Design)
2. Export aus dem CAD-Programm in ein spezielles Format, das für den Slicer geeignet ist, typischerweise .stl oder .obj .
3. Import des Projekts in den sogenannten Slicer, der den Körper im HInblick auf den 3D-Druck analysiert, für den Drucker positioniert oder skaliert,  benötigte Stützen hinzugefügt und in dem alle erforderlichen  Einstellungen für den Druck und den vorhandenen Drucker und das verwendete Material angegeben werden. (Slicer: von "slice" -  "Scheibe", weil der Druck scheibenweise erfolgt.)
4. Export aus dem Slicer als gcode-Datei, die alle Befehle für den Drucker enthält.
5. Drucken des gcodes auf dem 3D-Drucker mit geeignetem Material, meist Kunststoff-Filament.
6. ggf. Nachbearbeiten des Drucks, z.B. Entfernen von Stützen, Glätten von Kanten oder Zusammenkleben oder Zusammensetzen von Teilen

Wir verwenden für die Entwürfe zum einen für den Einstieg Tinkercad ( https://tinkercad.com ), zum anderen die professionelle Sofware Fusion360 von Autodesk (Lizenzen für das Bildungswesen).

Tinkercad

Tinkercad ist ein Online-Tool, mit dem man nicht nur 3D-Entwürfe erstellen kann, sondern diese auch grafisch programmieren bzw. animieren kann, und sogar auch Schaltkreise, beispielsweise für Arduinos (einschließlich Code und Simulation) entwerfen kann.

Zugriff

Um Tinkercad privat zu verwenden, muss ein Konto bei Autocad erstellt werden. Für die Schule gibt es aber die Möglichkeit, dass eine Lehrkraft ein Konto erstellt, dann in diesem Konto Gruppen anlegt, die Schüler dort nur mit einem Nicknamen einträgt und diese dann über einen Klassencode Zugang erlangen. Somit müssen keine personenbezogenen Daten der Schüler übermittelt werden.

Tutorials

Tinkercad bietet für alle Funktionen ausführliche Anleitungen, sodass die Einarbeitung leicht fällt. Im Learning Center  finden sich nicht nur Übungen für grundlegende Befehle, sondern auch viele Beispielprojekte zum Einstieg.

Fusion360

Fusion 360 ist eine professionelle CAD-Software von Autocad, für die kostenlos Lizenzen für den Bildungsbereich zur Verfügung gestellt werden. 

Zugriff

Mit einem Beschäftigungsnachweis erhalten Lehrkräfte kostenlosen Zugang und können dann Klassen erstellen und Schülern Plätze zuweisen, sodass diese auch die Software nutzen können. Dafür ist ein Emailadresse (nicht unbedingt die Schuladresse) erforderlich, über welche die Teilnehmer ein Konto erstellen müssen. Aus Gründen des Datenschutzes ist daher die Zustimmung der Erziehunsberechtigten einzuholen.

Fusion360 kann mit entsprechender Berechtigung sowohl heruntergeladen und lokal auf einem PC installiert werden, also auch online ausgeführt werden.

Möglichkeiten

Fusion360 bietet alle Möglickkeiten einer professionellen Software, ist aber für den EInstieg nicht so kompiziert wie andere Programme, beispielsweise Blender.
Insbesondere das Werkzeug der Extrusion - um aus Skizzen Profile und Körper zu erstellen - ist etwas, das sehr nützich ist und in Tinkercad nicht vorhanden ist.
Für Fusion360 gibt es auch unzählige Tutorials, Videos und eine Community von Autocad, sodass man fast zu jeder Idee Beispiele findet.

Die CAD-Programme verwenden zumeist ihre eigenen Formate, dies ist aber nicht wichtig, solange mit Programmen wie  TInkercad und Fusion360 gearbeitet wird, welche nur mit Registrierung arbeiten und dann alles online speichern. 

Für die Übertragung zum Slicer sind die Standard-Formate .stl und .obj geeignet. Für den Prusa-Slicer ist der Export nach .3mf sinnvoll, der aus Fusion heraus möglich ist.

Für den Drucker wird dann das Standard-Format .gcode benötigt, welches vom Slicer erzeugt wird. 

Der Slicer erstellt aus einer Vorlage im stl- oder obj-Format eine Druckdatei, die den 3D-Drucker antreibt. Oft veröffenentlichen Hersteller von 3D-Drucker auch Slicer, aber im Prinzip ist man nicht an diesen gebunden, da die meisten Slicer auch für andere 3D-Drucker gcode schreiben können.
Im Slicer können nach dem Laden des Entwurfs die Einstellungen für den Druck vorgenommen werden, insbesondere:

• Skalierung des Drucks
• Positionierung auf der Druckplatte
• ggf. Drehen oder Schneiden
• Auswahl der Druckqualität
• Einfügen von Stützen

uvm.

PrusaSlicer

Da wir in der Schule zwei 3D-Drucker der tschechischen Firma Prusa besitzen und deren Slicer als sehr gut gilt und bestens zu den Druckern passt, verwenden wir diesen. 
Ein Vorteil ist auch, dass man zwischen den Modi "einfach", "advanced" und "Experte" wählen kann und so nicht gleich alle Optionen sieht.

Stützen

In den seltensten Fällen kann man einen Enwurf direkt ohne Vorbereitung ausdrucken. Da der Drucker schichtenweise druckt und diese Schichten aufeinander liegen müssen und nicht in der Luft hängen dürfen, muss man Stützen hinzufügen, die den Druck halten und nach dem Druck wieder entfernt werden. Die Stützen sind nicht besonders fest mit dem Druck verbunden, sodass sie sich einigermaßen leicht wieder entfernen lassen. Nur bei Überhängen, welche nach und nach größer werden und ewta 45° nicht unterschreiten, benötigt man keine Stützen.

Infill

Ein Körper wird in der Regel weder hohl gedruckt (damit er stabil wird) noch zu 100% ausgefüllt (weil das zuviel Material verbraucht), sondern er wird zu einem gewissen Prozentsatz ausgeüllt, typischerweise 15%, was für gute Stabilität sorgt und einen leichten Körper ergibt. Man kann auch das Muster zum Ausfüllen wählen, aber das überlässt man zu Beginn dem Slicer.

Druckqualität

Man kann einstellen, wie dick die einzelnen Schichten des Drucks werden sollen, typischerweise zwischen 0,05 (ultradetail)und 0,25mm (Draft). Dünnere Schichten ergeben einen detaillierteren Druck, das dauert aber entsprechend länger (bis zu 10 mal solange!)

Slicen

Nachdem alle Einstelleungen vorgenommen wurden, werden durch das Slicen die Druckschichten berechnet. In einer Vorschau kann man die einzelnen Schichten sichtbar machen, außerdem wird das benötigte Gesamtgewicht angezeigt, sodass man hier ggf. nocheinmal die Einstellungen nachoptimieren kann. 

Ist man fertig mit dem Slicen, wird der GCode auf einen Stick exportiert, falls der Drucker nicht ans Netzwerk angeschlossen ist.

Man kann auch mehrer Objekte gleichzeitig drucken , wenn die Farbe gleich sein soll und noch Platz auf dem Druckbett ist.

Unsere Prusa Mini+

Die Cäci besitzt zwei 3D-Drucker vom Typ Prusa Mini+, welche dankenswerterweise aus Mitteln des  Fördervereins beschafft wurden.

Der Druckbereich hat eine Größe von 16cmx16cmx16cm. Größere Objekte können in Teilen gedruckt werden.

Filament

Inzwischen gibt es sehr viele unterschiedliche Materialien für den 3D-Druck. Wir verwenden sogenanntes PLA-Filament, ein pflanzlich basiertes Polyester. Es stellt einen guten Kompromiss zwischen Umweltschutz, Kosten und Haltbarkeit dar, ist bestens für den Einstieg geeignet, hat aber auch gewisse Nachteile. 

Druckoptionen

Am Drucker selbst muss man nicht mehr viel einstellen, wenn dieser einmal kalibriert ist. Am wichtigsten ist dann die Auswahl der Farbe des Filaments :-). Man kann zwar den Druck anhalten  und das Filament zwischendurch wechseln (das wird im Slicer vorher eingestellt), aber das geht dann nur in Schichten und ist sehr zeitaufwändig.

Drucken

Der GCode wird vom USB-Stick geladen.

Einmal gestartet, arbeitet der Drucker selbständig bis zum Ende. Die angegebene Zeit wird gut eingehalten, es kommt aber Zeit zum Aufheizen des Druckbetts und der Düse hinzu. Wichtig ist, dass man zu Beginn schaut, ob die erste Schicht gut auf dem Druckbett aufliegt und haftet.

Stützen entfernen

Beim Prusa Mini+ löst sich der Druck sehr gut vom Druckbett nehmen, da dieses abnehmbar und das Stahlblech flexibel ist. 

Dann nimmt man die eventuell vorhandenen Stützen ab, wobei man aber  insbesondere bei dünnen Stellen  vorsichtig sein muss, damit der Druck nicht bricht. (Am besten vermeidet man zu dünne Stellen). Zur Not lässt sich der Druck mit Sekundenkleber wieder zusammenkleben.

Verschönern

Manchmal gibt es Grate am Druck, die man mit einem scharfen Messer entfernen kann. 

Außerdem kann man den Druck schleifen oder mit Acrylfarben bemalen. 

Man kann auch schöne Ergebnisse erzielen, wenn man statt einem Druck einplant, eine Figur aus mehreren Teilen in unterschiedlichen Farben zusammenzusetzen, aber das ist dann sowohl beim Entwurf wie beim Druck mehr Aufwand.