Matrix 300: Drucken in 3D – mit Papier

3D Printer 2Der Innenarchitekt will sehen, ob die geplante Einrichtung in den Raum passt, der Designer braucht schnell ein Produktmodell für den Kunden und der engagierte Hobby-Modellbauer eine passende Karosserie für sein ferngesteuertes Modellauto. Sie alle können seit Kurzem dreidimensionale Modelle ausdrucken: Dank eines neuen 3D-Druckers lassen sich solche Modelle inzwischen aus Papier realisieren.
Designer, Architekten und Konstrukteure greifen gern auf 3D-Drucker zurück. Denn mit dieser Technologie lassen sich Musterbauteile schnell und einfach herstellen; das unter dem Begriff „Rapid Prototyping“ bekannte Verfahren fertigt
dreidimensionale Musterstücke aus vorhandenen CAD-Daten an. Die benötigten Prototypen werden am Computer entworfen und dann direkt an Maschinen exportiert, die sie aus Kunststoff, Metallstaub oder aus Porzellan aufbauen. Rapid Prototyping beruht auf dem schichtweisen Aufbau von Material bis hin zum fertigen Werkstück – entgegengesetzt zu einer zerspanenden Produktion. Das ist immer dann eine ideale Ergänzung zum herkömmlichen Modellbau, wenn es schneller gehen muss oder besonders filigrane Anfertigungen gefragt sind. Am fertigen Modell lassen sich Bauformen oder das Verhalten von Bauteilen leichter analysieren.

Dabei ist es einfach sinnvoller, gleich ein fertiges Modell in der Hand zu halten, als nur eine 3D-Animation am Computer zu betrachten. Doch ein solcher 3D-Druck ist meist eine kostspielige und auch zeitaufwändige Aktion. Wenn es schnell geht, dann wird so ein 3D-Modell – zum Beispiel aus Gips – über Nacht gedruckt. Doch zunächst muss bei jedem 3D-Druck das Datenformat aus einem CAD- oder 3D-Modellierprogramm exportiert werden. Das dabei meist genutzte Format ist STL (Surface Tesselation Language), eine Beschreibung der Oberfläche durch Dreiecke, wobei es sich auch um eine Schnittstelle vieler CAD-Systeme handelt. Diese liefert geometrische Informationen aus dreidimensionalen Datenmodellen heraus, die für die Fertigung verwendet werden können.

3D Printer

Bislang gab es mehrere Methoden für den 3D-Druck. Die Bekanntesten verwenden für den Modellbau zum Beispiel Gips oder Kunststoff. Beim Gipsdruck werden ähnlich dem Tintenstrahlprinzip über Druckköpfe Bindertröpfchen eingespritzt, mit denen die Gipspartikel gebunden und mit der darunter liegenden Schicht verklebt werden. Das Verfahren erlaubt die schnelle Herstellung von Prototypen, die allerdings nur bedingt belastbar sind, weshalb eine Aushärtung mit Epoxidharz notwendig ist. Eine andere Methode ist der 3D-Druck mithilfe von ABS-Kunststoff mit hoher Oberflächenhärte. Der Kunststoff liegt bei dieser Methode aufgewickelt auf einer Spule in Drahtform vor und wird über einen Schlauch in den Druckkopf eingeführt. Beim Druckvorgang wird der Kunststoffdraht erhitzt, sodass er seinen Schmelzpunkt überschreitet und schichtweise auf die Bauplattform aufgetragen werden kann. Dies erfolgt in Schichten von ein bis drei Millimeter Stärke. Sobald der schnell härtende Kunststoff erkaltet, wird er sofort fest. Völlig anders und wesentlich günstiger ist der 3D-Druck aus Papier wie ihn der 3D-Drucker Matrix 300 ermöglicht, der auf der diesjährigen
Fachmesse Cebit erstmals der interessierten Öffentlichkeit vorgestellt wurde.

3D-Drucken mit Papier
Der vom irischen Unternehmen Mcor Technologies Ltd. hergestellte 3D-Drucker ist der erste auf der Welt, der nur Papier verarbeitet. Und der bei einem Verkaufspreis von rund 25.000 Euro die 3D-Druck-Technologie, die ursprünglich für Unternehmen oder Forschungseinrichtungen gedacht war, erstmals auch für kleine Firmen oder sogar für ambitionierte Privatanwender erschwinglich werden lässt. Der von mStore exklusiv auf dem deutsch-sprachigen Markt vertriebene 3D-Drucker stellt dreidimensionale Musterbauteile schnell und kostengünstig aus Papier her. Das Faszinierende an dem Matrix 300 ist, dass ganz normale Papierblätter im DIN-A4-Format dazu verwendet werden. Dadurch lassen sich die Kosten für den Druck senken. Abgesehen vom Preis und natürlich dem Druckergebnis unterscheidet den 3D-Drucker nur wenig von einem herkömmlichen Drucker, den jeder daheim hat. Einfach einen Stapel DIN-A4-Papier einlegen und loslegen.

Denn aus ganz normalen DIN-A4-Bögen fertigt der Matrix 300 dreidimensionale Papierobjekte, die er Schicht für Schicht druckt und gleich verklebt. Ausgangspunkt ist dabei immer ein 3D-Modell, das entweder bereits als Datei vorhanden ist oder zuvor über einen speziellen Scanner – hier arbeitet Mcor mit dem deutschen Scanner-Hersteller ScanBull zusammen – eingescannt und als STL-Datei ausgegeben wird. Die mitgelieferte Software teilt das spätere Modell in viele einzelne Lagen auf – insgesamt kann ein 15 Zentimeter hoher Papierstapel verarbeitet werden – und übermittelt dem Drucker die Form einer jeden Lage: Das DIN-A4-Blatt wird eingezogen und auf das bereits darunter liegende geklebt; dann wird die Form mit einem feinen Messer ausgeschnitten oder besser aus dem Blatt geritzt; das ist sozusagen der Druckvorgang. Was hier so einfach klingt, dem liegt ein präzise ausgetüftelter Vorgang zugrunde. Denn dort wo das Modell ausgeschnitten wird, wird mehr Klebstoff aufgetragen, um die Lagen zusammenzuhalten.

An den Rändern des Modells wird weniger Klebstoff verwendet, damit dort das Muster später von dem nicht für das Modell benötigte Papier getrennt werden kann. Dazu werden die Ränder des Modells einfach abgebrochen, überschüssiges Material dient als Stütze für Auskragungen, also für herausstehende Modellteile. Die Vorteile des Druckers Matrix 300 für dreidimensionale Modelle aus Papier liegen auf der Hand beziehungsweise beim Papier. Denn das Gerät ist dank des Einsatzes von Papier und wasserlöslichem Klebstoff nicht nur umweltfreundlich, sondern auch durch die Verwendung von herkömmlichem DIN-A4-Papier kostengünstig im Betrieb.

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