Ein 3D-Drucker ist ein Gerät, in dem ein Verfahren zur Anwendung kommt, bei dem ein Material Schicht für Schicht aufgetragen wird und ein dreidimensionaler Gegenstand erzeugt wird. Man kann sich dies vorstellen, als würde man mit einem herkömmlichen Drucker sehr viele einzelne Querschnitte eines Körpers drucken. Wenn man diese dann ausschneidet und übereinanderlegt erhaelt man ebenfalls ein dreidimensionales Objekt. Das Modell des Drucks wird mithilfe eines Computers erstellt, welcher anschliessend den Code für das Modell erstellt, welchen der 3D-Drucker versteht und umsetzen kann. Bei modernen 3D-Druckern kommen auch flüssige oder Pulverförmige Werkstoffe zum Einsatz, meistens jedoch einen auf einer Rolle aufgewickelten Plastikfaden der Filament genannt wird. Wie genau jedoch ein 3D-Drucker arbeitet lässt sich nicht pauschal beantworten, da es verschiedene Druckmethoden gibt. Hierbei muss man zwischen additiven und subtraktiven Verfahren unterscheiden. Das subtraktive Verfahren kommt jedoch nahezu ausnahmslos nur beim Fräsen eines Materialblocks vor, da hierbei von einem bereits fertigen Objekt bestimmte Stellen entfernt (subtrahiert) werden um das gewünschte Objekt zu erhalten. Bei den additiven Verfahren hingegen wird sozusagen aus dem nichts etwas Schicht für Schicht aufgebaut.
Die Stereolithographie ist die älteste Methode des 3D-Drucks. Hierbei wird flüssiges Harz in eine Becken mit durchsichtigem Boden gegossen. In dieses Becken senkt sich dann eine Platte zum Beispiel aus Aluminium ab. Durch den Boden werden einzelne Stellen des Flüssigharzes mit UV-Strahlen belichtet, sodass das Harz an diesen Stellen aushärtet. Nach jedem Härten hebt sich die Plattform ein kleines Stück und der Vorgang wiederholt sich. Nach dem Fertigstellen des Drucks muss das Objekt noch vollstaendig aushärten bevor es Problemlos verwendet werden kann. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, sehr feine und glatte Oberflächen zu schaffen.
Bei diesem Verfahren wird aus einem in Pulverform vorliegenden Material mithilfe eines Lasers Schicht für Schicht das Bauteil erstellt. Hierbei wird das Pulver zunächst auf der Druckplattform verteilt und anschliessend schmilzt der Laser das Pulver an den vorgegebenen Stellen zusammen, sodass nach und nach ein Objekt entsteht. Auch hier wird dieser Arbeitsschritt immer und immer wiederholt. Üblicherweise werden hier Materialien wie Metalle oder Keramiken verwendet. Der Vorteil hier ist die höhere Stabilität von Bauteilen, da stabilere Materialien verwendet werden können.
Das Schichtschmelzverfahren, oder im Englischen auch Fused Deposition Modeling (FDM) genannt, wird überwiegend bei modernen und kleineren 3D-Druckern verwendet und kommt auch eher in den Privathaushalten zum Einsatz. Bei diesem Verfahren kommt das besonders benutzerfreundliche so genannte Filament zum Einsatz, also ein auf einer Rolle aufgewickelter Plastikfaden, welcher das Druckmaterial darstellt. Auch hierbei gibt es verschiedene Materialien, jedoch sind alle Plastikähnlich. Je nachdem welche Eigenschaften das Bauteil haben soll gibt es zum Beispiel Filament, das extra Stabil, Flexibel, durchsichtig oder Wasserlöslich ist. Alle Filamentsorten werden auf dieselbe Art verarbeitet. Zunächst wird der Faden mithilfe eines Motors in das so genannte Hotend befördert, indem der Faden verflüssigt wird. Anschliessend wird das flüssige und heisse Material durch eine Düse mit meistens 0,4mm Durchmesser gedrückt. Der Druckkopf wird von mehreren Motoren in alle Richtungen bewegt, sodass die verschiedensten Modelle entstehen können. Sobald das Plastik die Düse verlassen hat kühlt es ab, sodass es die nächste Schicht tragen kann. Die Vorteile hierbei sind vorallendingen die Benutzerfreundlichkeit und Schnelligkeit in der Vorbereitung.
Wir haben in unserer Schule unseren eigenen 3D-Drucker. Wir benutzen den Prusa i3 MK3S, einen FDM-Drucker. Die Firma Prusa Research kommt aus Tchechien und der Gründer Joseph Prusa war mit der erste, der den 3D-Druck für Privatleute verfügbar gemacht hat. Das besondere an diesem Drucker ist, das alle nicht-mechanischen Bauteile 3D-gedruckt sind, zum Beispiel die Halterung für das Display oder das Gehäuse für den Computer.
Der Drucker wird hauptsächlich von uns als AG genutzt, jedoch kommt er auch manchmal in Technikkursen zum Einsatz, wenn dort etwas entwickelt wurde was nun hergestellt werden soll. Der Drucker soll in Zukunft auch Werbeprodukte für unsere Schule herstellen, welche dann die Wirtschaftskurse vermarkten können. Der Drucker kam auch schonmal für den Physik-Unterrricht zum Einsatz. Ein Kurs benötigte Halterungen für LED's, welche wir dann hergestellt haben.