HANDREICHUNG 3D-Druck
Inhalt
Vorwort ............................................................................................................................................................ 3 Funktionsweise des 3D-Druck.......................................................................................................................... 4 Gesellschaftliche Zukunftsrelevanz.................................................................................................................. 4 Chancen fr die Schule .................................................................................................................................... 5 Didaktische und methodische Aspekte............................................................................................................ 6 Grundlagen  3D-Modelling und 3D-Druck.................................................................................................. 10 Software ......................................................................................................................................................... 15
Konstruieren von 3D-Modellen ................................................................................................................. 17 Modellieren von 3D-Modellen................................................................................................................... 25 Collagieren von 3D-Modellen .................................................................................................................... 29 Drucksoftware............................................................................................................................................ 32 Drucker........................................................................................................................................................... 34 Druckeranschaffung ................................................................................................................................... 34 Alternativen zum Druckerkauf ................................................................................................................... 36 Das Filament .............................................................................................................................................. 37 Gesundheitliche Aspekte ........................................................................................................................... 38 berwachung des Druckvorgangs ............................................................................................................. 38 Exemplarische Unterrichtsprojekte ............................................................................................................... 40 Unterrichtsbeispiele zum digitalen Konstruieren ...................................................................................... 40 Unterrichtsbeispiele zum digitalen Modellieren ....................................................................................... 49 Unterrichtsbeispiele zum digitalen Collagieren ......................................................................................... 51 Einige zustzliche Unterrichtsideen fr den 3-D-Druck speziell im Kunstunterricht................................. 54 Probleme beim Druck  Erste Lsungsanstze .............................................................................................. 56 Anhang ........................................................................................................................................................... 59 Beispiel der Arbeitsschritte bei der Konstruktion eines 3D-Modells......................................................... 59 Workshop Entwurf eines Einkaufswagenchips .......................................................................................... 64 Exemplarische Arbeitsauftrge fr 3D-Projekte ........................................................................................ 67 Glossar an Fachbegriffen zum 3D-Druck.................................................................................................... 74 Wichtige Links und Adressen ..................................................................................................................... 78
Impressum
Qualitts- und UntersttzungsAgentur  Landesinstitut fr Schule des Landes Nordrhein-Westfalen (QUA-LiS NRW)
E-Mail: poststelle@qua-lis.nrw.de Web: www.qua-lis.nrw.de
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Vorwort Digitales Lernen und Medienbildung spielen eine immer noch zunehmende Rolle in Schule und
Unterricht. Ein exponiertes Beispiel dafr ist der 3D-Druck, von dessen Verbreitung tiefgreifende wirtschaftliche und soziale Vernderungen ausgehen werden und dessen Mglichkeiten bereits heute den Unterricht in unterschiedlichen Fchern bereichern knnen.
Neue Medien sind kein Selbstzweck, sondern neue Werkzeuge im Lerngeschehen, deren Einsatz in ein pdagogisches Konzept eingebettet sein muss. In Nordrhein-Westfalen ist der Einsatz neuer Medien fcherbergreifend in allen Lehrplnen integriert.
Die Handreichung ,,3D-Druck in der Schule" bietet Schulen fr ihren Einstieg in den Entwurf und Druck von 3D-Objekten Informationen und Orientierungspunkte. Der besondere Reiz des 3D-Drucks im Unterricht liegt in seiner fcherbergreifenden Anwendbarkeit. Exemplarisch an den Fchern Technik und Kunst wird in der Handreichung dargestellt, wie der Einsatz gelingen und welche Bereicherung fr den Unterricht daraus entstehen kann.
Die vorliegende Handreichung ist in Kooperation mit dem zdi-Netzwerk entstanden. Sie ist Teil des Angebots von QUA-LiS NRW an Informationen und Praxismaterialien fr Schulen zur Untersttzung ihrer anspruchsvollen Aufgaben.
Ich wnsche allen, die mit dieser Handreichung und dem 3D-Druck arbeiten, gutes Gelingen und viel Erfolg!
Eugen Ludwig Egyptien Direktor Qualitts- und UntersttzungsAgentur  Landesinstitut fr Schule des Landes Nordrhein-Westfalen (QUA-LiS NRW)
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Funktionsweise des 3D-Druck
Die folgenden Ausfhrungen beziehen sich auf das sogenannte FDM- bzw. FFF-Verfahreni mit handelsblichen 3DDruckern. Diese Drucker besitzen i.d.R. eine beheizte Dse, welche in drei Richtungen bewegt werden kann. Motoren bewegen den Druckkopf ber einer Arbeitsplatte, whrend die Dse Kunststoff durch Erhitzen verflssigt und Punkt fr Punkt auspresst. Dabei wird die Dse Lage um Lage nach oben bewegt. Dadurch wird es mglich, dreidimensional zu drucken.
Je nach Modell des 3D-Druckers gibt es auch die Variante, dass die Dse in der Hhe fix montiert ist und die Arbeitsplatte sich lagenweise nach unten bewegt.
Das Material, mit dem gedruckt wird und das als Filament bezeichnet wird, ist herkmmlicher Kunststoff. Dabei unterscheidet man zurzeit zwischen ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und PLA (Polylactid). PLA gilt gemeinhin als ,,einsteigerfreundlich", da es weniger Erfahrung im Druck bentigt.
Gesellschaftliche Zukunftsrelevanz
Mit den stetig fallenden Preisen fr 3D-Drucker wird die grere Verbreitung dieser Gerte mglich. 3D-Druckern wird eine Zukunft prognostiziert, die fr bestimmte Produktbranchen tiefgreifende Vernderungen bedeuten:  Verlagerung des Produktionsorts,  bedarfsorientierte Anpassung des Produktionszeitraums und der Produktionsweise,  nderungen in der Distribution bzw. Lagerung der Produkte und  Flexibilisierung in der Anpassung von Produktlsungen bezogen auf Verwendungssituationen.
Zukunftsforscher sprechen bereits von einer ,,neuen industriellen Revolution", der ,,Demokratisierung der Produktionstechnik" und einem ,,Megatrend" in der Industrie.
Das Aufstellen von 3D-Druckern ist nicht an Gewerbeflchen gebunden. Gerte fr kleine Druckformate knnen auf Schreibtischen stehen, die geringe Belastung der Umwelt mit Lrm, Gerchen oder Emissionen macht sie ortsunabhngig. Die Daten zur Steuerung des Druckvorgangs knnen auf einem Datentrger wie z.B. einem USB-Stick transportiert oder ber das Internet beschafft werden, sind also weltweit verfgbar.
Die Herstellung von Erzeugnissen des 3D-Drucks kann im Produktionsablauf unmittelbar vor die Verwendung gelegt werden, Objekte wie z.B. Ersatzteile knnen vom Endabnehmer zu Hause hergestellt werden.
Lagerung oder Transport entfallen weitgehend, da lediglich die Druckdaten transportiert werden mssen. Selten nachgefragte Teile verursachen keine Lagerkosten mehr. Umgekehrt werden die Preise selten gefertigter Produkte langfristig sinken.
Nicht passgenaue Teile oder aus anderen Grnden notwendige Anpassungen werden nicht nachbearbeitet, sondern durch Korrektur der Druckdaten und erneuten Ausdruck nachgebessert.
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Beispielhafte Anwendungsbereiche:  Kleinere bis mittelgroe Kunststoffprodukte werden in Kleinserien produziert.  Prototyping: Prototypen und Entwicklungsmodelle werden vor Beginn der Massenfertigung
erstellt.  Seltene Ersatzteile werden einzeln gefertigt. (Vgl. auch das oft zitierte Beispiel des
Handschellenschlssels.)  Im Produktdesign werden Unikate und Kleinserien angefertigt.  Speziell Modedesign-Objekte (Schmuckobjekte, Accessoires, Kopfbedeckungen, Schuhe bis hin
zu Kleidern ...) werden im 3D-Druck produziert.  Bauteile fr den (Hobby-)Modellbau werden bereitgestellt.  Architekturmodelle und technische Modelle werden entworfen.  Kunstwerke (serielle Objekte, Plastiken, knstlerisches Design) aus dem 3D-Druck erweitern die
knstlerischen Medien.  Lebensmittel, z.B. Nudeln, Zucker oder Schokolade knnen zubereitet werden.  Bauteile im Fahrzeugbau (Fahrrad, Auto) mssen nicht bestellt werden, sondern knnen vor Ort
erzeugt werden.  Module fr verschiedene den Druckraum berschreitende Formate, knnen einzeln gedruckt und
zu einem mehrteiligen Objekt zusammengefgt werden  Bauelemente werden angefertigt, z.B. das oft zitierte, individuell geplante gedruckte Einfamilien-
haus (nur die Outlines der Wnde, die dann mit Spezialbeton gefllt werden).  Passgenaue Prothesen werden fr die medizinische Versorgung angefertigt, die auf 3D-Scans der
nachzuformenden Krperteile beruhen.  Neue Materialien, die verdruckt werden knnen, erweitern die Einsatzmglichkeiten: Lebende
Gewebe (Tissue Engineering), Metalle, Baumaterialien wie Kunststeine.  Sogar Objekte aus selbst formenden Strukturen (z.B. in Berhrung mit Wasser) werden mglich.
Chancen fr die Schule
Die oben aufgefhrten Aspekte bedeuten fr eine Schule, die fr die Arbeitsbedingungen der Zukunft offen sein will, schon heute eine Herausforderung. Der schulische Einsatz des 3D-Drucks beruht auf einer grundlegenden Voraussetzung: Schlerinnen und Schler entwerfen dreidimensionale Objekte am Rechner. Dabei knnen  komplett neue 3D-Modelle entstehen,  vorhandene Modelle abgewandelt werden,  oder bereits bestehende eigene oder fremde Teilprodukte zusammengefhrt werden.
Die Planungen werden umgesetzt, indem die Entwrfe ausgedruckt werden. In mehreren Evaluations- und Korrekturphasen werden die Modelle optimiert oder nach bestimmten Kriterien variiert.
Dreidimensionale Objekte nicht nur in der zweidimensionalen Darstellung als Abbildung zu erfahren, sondern als reales Objekt erkunden zu knnen, bewirkt eine hohe Motivation. Die physischen Qualitten des Objekts wie die Form, die Oberflchenbeschaffenheit und das Gewicht taktil und motorisch zu erkunden, stellen einen hohen sensorischen Anreiz dar.
Viele Lernprodukte, die bisher nur als Planungsprodukte in vorwiegend zweidimensionaler Darstellung in der Schule realisierbar waren, knnen nun als dreidimensionales Modell oder Endprodukt erstellt werden. Bei traditionellen Fertigungsverfahren von Modellen und Objekten wie auch bei der plastischen Gestaltung stoen die Korrekturen, die bei der Verwirklichung der Planung eines Produkts mglich sind, an Grenzen, die im verwendeten Material liegen. Im Unterschied dazu ist der 3D-Ausdruck mit vergleichsweise geringem Aufwand wiederholbar und endlos korrigierbar.
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Fehler und Ausfhrungsvarianten knnen durch die Mglichkeit des vernderten Ausdruckens des Objekts thematisiert, evaluiert und korrigiert werden.
Dreidimensionale Modelle sind an Anschaulichkeit durch kaum ein anderes Medium zu berbieten. Modelle untersttzen vor allem dann den Unterricht, wenn die technische Funktionsweise, die Dynamik des Geschehens oder die rumliche Anordnung im Vordergrund steht. Fr die Anschaulichkeit von Lehrmodellen ist entscheidend, dass das technische oder gestalterische Problem, das im Zentrum steht, tatschlich durch das Modell wiedergegeben wird. Anderenfalls wird die Vorstellungskraft der Schlerinnen und Schler berfordert. Modelle sind durch ihre Anschaulichkeit ein Garant fr hohe Aufmerksamkeit der Schlerinnen und Schler und geben ihnen das sichere Gefhl, praxisnah unterrichtet zu werden. Das einfache, detailgetreue Abbilden von Objekten durch den 3D-Druck bietet demnach fr die Mediendidaktik eine Flle neuer Mglichkeiten.

Didaktische und methodische Aspekte

Die Arbeit an und die Auseinandersetzung mit 3D-Modellen kann zu verschiedenen Unterrichtszwecken eingesetzt werden. Allen gemeinsam ist die Frderung der Orientierung im dreidimensionalen Raum und des rumlichen Vorstellungsvermgens. Nach Jean Piaget ist die Raumerfahrung ist ein zentraler Fhigkeitsbereich fr Umwelterfahrung und kognitive Entwicklungii.
Wo immer Unterrichtsinhalte, Methoden, Kompetenzen und Lernziele auf dreidimensionales Denken angewiesen sind, ist die Arbeit mit 3D-Software hilfreich, werden die Lernprozesse durch die Entwicklung von 3D-Modellen und ihren Ausdruck untersttzt. Hier seien nur exemplarisch einige Fcher und denkbare Einsatzgebiete genannt:

Mathematik 

Biologie 

Chemie



Physik



Geographie 

Sport



Verlufe von Graphen im dreidimensionalen Koordinatensystem Statische und dynamische Lehrmodelle in Zoologie und Botanik Rumliche Struktur von Moleklen Mehrdimensionale Bewegungen, Astrophysik Dreidimensionale Modelle Dreidimensionale Bewegungsmodelle

Fr viele schulische Lernsituationen, die in den Lehrplnen angelegt sind, bietet der dreidimensionale Ausdruck von Objekten eine Bereicherung, der den Unterricht um eine zustzliche Performanzsituation fr Kompetenzen erweitert. Der besondere Reiz des 3D-Drucks im Unterricht liegt u.a. in seiner fcherbergreifenden Anwendbarkeit.

3D-Druck im Fach Kunst Die derzeit geltenden Kernlehrplne fr das Fach Kunst sind kompetenzorientiert angelegt. Dies bedeutet eine prinzipielle Offenheit in den Gestaltungsbereichen, fr die auch der 3D-Druck in Betracht kommt. Mglichkeiten bieten sich vor allem dann, wenn im Unterricht Bereiche wie Architektur, Design oder plastisches Gestalten thematisiert werden sollen. Der Prozess der Bildfindung (der sogenannte bildfindende Dialog) kann durch zeichnerische Skizzen eingeleitet werden und ab der Entwurfsphase oder Experimentierphase an den Computer verlagert werden, oder aber nach dem Motto Pablo Picassos ,,Ich suche nicht, ich finde." durch Internetrecherche inspiriert werden.

3D-Druck im Fach Technik Die Kernlehrplne Technik weisen diverse Inhaltsfelder auf, in denen 3D-Druck thematisiert werden kann. Fachliche Inhalte wie das Zeichnen in verschiedenen Ansichten und Perspektiven, die Bemaung oder das Lesen und Anfertigen technischer Zeichnungen werden sowohl hndisch als auch mittels 3D-CAD-Zeichenprogrammen vermittelt. Prozessbezogene Kompetenzen wie das Weiterentwickeln des rumlichen Denkens, die Abstraktion vom Gegenstand zur Zeichnung und umgekehrt knnen durch den Einsatz der 3D-Software und das Erstellen des entwickelten 3D-
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Objektes wesentlich einfacher erworben werben. Indem Schlerinnen und Schler ihre 3D-Objekte selbst entwickeln und produzieren knnen, im Nachhinein deren Funktionalitt erproben, bewerten und gegebenenfalls optimieren knnen, erwerben sie darin Kompetenzen, Vorschlge zur Anfertigung realer, funktionaler Gegenstnde zu erarbeiten und zu begrnden.
3D-Druck im Fach Informatik Die Kernlehrplne fr das Fach Informatik weisen ebenfalls mehrere Inhaltsfelder und Kompetenzbereiche auf, in denen Bezug auf die Erstellung von 3D-Objekten genommen werden kann. Die Wechselwirkung von Informatiksystemen und ihrer Umwelt in ihrer zunehmenden Relevanz sind im Inhaltsfeld Informatik, Mensch und Gesellschaft der gymnasialen Oberstufe zu finden. Der Kompetenzbereich Argumentieren kann einen Schwerpunkt erhalten, indem diese Folgen thematisiert werden. Durch die Implementation von Fahrwegalgorithmen des Druckkopfs beim Ausdruck von 3DObjekten wird auf das Inhaltsfeld Algorithmen mit den Kompetenzschwerpunkten Implementieren, sowie Darstellen und Interpretieren Bezug genommen. Weitere Mglichkeiten finden sich im Informatikbereich der Sekundarstufe I, in dem ber den GCode (Steuerdaten des Druckers, siehe Kapitel ,,Grundlagen") die Darstellung und Interpretation von Daten behandelt werden kann. Oder man beschftigt sich mit 3D-Druck im Rahmen einer Unterrichtsreihe zum Thema Grafik. So kann der 3D-Druck als eigenstndige Reihe im Rahmen von CAD-Anwendungeniii oder als Folgeanwendung zu Grafikprogrammen wie GIMP oder POV-Ray behandelt werden. Der Workflow  alternative methodische Vorgehensweisen Die Optionen, von einer Aufgabenstellung ber unterrichtliche Prozesse zu einem dreidimensionalen bildnerischen Ergebnis zu kommen, sind vielfltig, die Zwischenschritte zahlreich. Auf dem folgenden Schaubild sind grundstzlich mgliche Arbeitsablufe dargestellt.
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Es ist erkennbar, dass schon der Aufgabentyp unterschiedlich sein kann. Im einen Fall geht es um die Verwendung einer 3D-Software, mit der ein Modell erstellt werden kann. Es bietet sich an, dass mehrere Schlerinnen und Schler an einem Konzept arbeiten, wobei arbeitsteilig erstellte Teilstcke zusammengefgt werden.
Alternativ dazu bietet sich die Mglichkeit an, aus einem Pool an Modellen eines auszuwhlen und ggf. zu modifizieren. Auch hier sind kooperative Arbeitsformen denkbar.
Erste Druckerfahrungen und ihre Evaluation Es hat sich als trgerisch herausgestellt, davon auszugehen, dass die Einfachheit, die ein Ausdruck von Schrift- oder Fotodateien inzwischen erreicht hat, bereits heute beim Ausdruck von 3DModellen erwartet werden kann. Einige Vorbereitungen sind erforderlich. Schlerinnen und Schler erkennen dabei, dass bei berhngen und ausladenden Formen (raumgreifendes Modell) Sttzmaterial angebracht werden muss, das nach dem Ende des Druckprozesses abgeknickt, abgeschnitten oder abgefeilt wird. Fr den Ausdruck muss die erstellte Datei in einem Dateiformat exportiert werden, das mit der Drucksoftware kompatibel ist. Die Drucksoftware kann mehrere Druckobjekte gleichzeitig aufnehmen und lsst kleine Korrekturen zu. So knnen die Modelle noch skaliert werden oder gedreht und ggf. Sttzmaterial eingefgt werden. Die fertige Packliste muss dann ber ein Datenspeichermedium zum Drucker gelangen. SD-Karten- oder USB-Slots sind die blichen Schnittstellen eines 3D-Druckers. Die Datei mit dem G-Code wird eingelesen. Ein Vorheizen des Druckers ist erforderlich, auch das Filament muss in gengender Menge vorhanden sein. Das Druckbett muss ggf. vorbehandelt werden, damit die ersten feinen Fden aus der Dse des Druckers haften bleiben. Nun startet der Druck. Unmittelbar knnen Schlerinnen und Schler beobachten, wie die entworfenen Objekte Schicht um Schicht aufgebaut werden.
Da der Druckprozess oft Stunden dauert, ist es sinnvoll, dass der Drucker in einem separaten Raum steht, um den Unterricht nicht durch Druckgerusche zu stren. Je nach verwendetem Filament entstehen Emissionen, die den Atem reizen knnen (vgl. Kapitel ,,Gesundheitliche Aspekte").
Werden die Objekte zum Ausdruck an einen Dienstleister bergeben, mssen dessen Bedingungen abgefragt werden: Dateiformat, Preis, Lieferzeit (und Datentrger, falls kein InternetVersand gewnscht wird).
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Das Druckergebnis wird in jedem Fall Erstaunen auslsen. Entweder, weil immer wieder berrascht, wie przise und detailreich das selbst entworfene, kombinierte oder modifizierte Objekt geworden ist. Auch die von der Bildschirmdarstellung oft abweichende Einfarbigkeit wird zu bewerten sein.
berarbeitung: Einzelne Schlerinnen und Schler mssen feststellen, dass nicht alle Partien wie beabsichtigt gedruckt wurden, denn es handelt sich ja um ein mehransichtiges Objekt. Auch die berschtzung der Gre von Details, die am Bildschirm beliebig gro dargestellt werden knnen, kann zu einer berarbeitung anregen. Wenn das Objekt den Zielen bzw. der Aufgabenstellung entspricht, knnen die Ergebnisse als Ausgangspunkt zur Entwicklung einer neuen, vielleicht komplexeren Aufgabe dienen.
Aspekte der Arbeit mit 3D-Software Die beim Erstellen von 3D-Modellen bentigten Arbeitsschritte basieren auf den Operationen Konstruieren, Modellieren, Importieren oder Zusammenfgen. Werden Objekte konstruiert, so wird entweder aus zweidimensionalen Zeichnungen eine dritte Dimension ,,herausgezogen" oder aus einem gegebenen dreidimensionalen Objektbestand ein Objekt ausgewhlt. In beiden Fllen erscheint es frher oder spter in einer perspektivischen Darstellung auf einer definierten Grundflche. Das Objekt kann dann aus beliebiger Perspektive betrachtet werden. Sobald ein zweites Objekt hinzutritt, ist eine genaue berprfung der Position und Lage, Ausrichtung und Gre - und damit der Abstnde oder der berlagerung der Objekte im Raum erforderlich. Die Beurteilung dieser drei Merkmale erfordert genaues Beobachten und systematisches Variieren des Betrachterstandpunkts. Das Verhltnis zueinander ist bei 3D-Objekten ein Vor- und Hintereinander, ein Neben- und bereinander. Wird eine ungnstige Ansicht gewhlt, verschwinden Objekte gnzlich durch gegenseitige berdeckung. Auch die Beurteilung, ob eine Berhrung oder ein kleiner Spalt vorliegt, kann oft nur bei erheblicher Vergrerung gelingen. Diese Anforderungen der Software an Lernende frdern in besonderer Weise das dreidimensionale Denken und das rumliche Vorstellungsvermgen.
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Grundlagen  3D-Modelling und 3D-Druck
Die im vorigen Kapitel entwickelte Vorstellung eines Workflows mit grundstzlich verschiedenen methodischen Wegen von der Idee bis zum Ausdruck eines Modells wird hier vorausgesetzt. Der Prozess zur Erstellung eines eigenen Modells und des Ausdrucks mit einem 3D-Drucker umfasst mehrere Aufgaben. Die wichtigsten sind in diesem Prozessmodell festgehalten.

Erstellen eines 3D-Modells (Modelling)

Konvertieren in eine STL-Datei

Druckvorbereitung

Anbringen von Sttzkonstruktionen

Fehlerkorrektur

Slicing

Nutzung des 3D-Modells

Nachbearbeitung
Post-Process

Druck

Positionierung

SteuerdatenErstellung

Druckprozess

Modelling - Erstellung eines 3D-Modells Die Modellierung eines Objekts beginnt mit einer 3D-Software, z.B. einem CAD-Programm (= Computer Aided Design), in der ein 3D-Modell des zu fertigenden Objekts erstellt wird.
Fehlerkorrektur am 3D-Modell Das 3D-Modell kann nun auf Fehler analysiert werden (vgl. Kapitel ,,Polygonfehler"). Finden sich beispielsweise Lcher im Modell, mssen sie vor dem Druck geschlossen werden. Manche Programme bieten automatisierte Reparaturmglichkeiten an.
Slicing - Zerlegung des 3D-Modells in Druckschichten Danach muss das 3D-Modell fr den Druck aufbereitet werden. Beim ,,Slicing" wird das 3D-Modell in Schichten aufgeteilt. Diese Schichten reprsentieren die einzelnen Drucklagen, die der Drucker spter auf das Druckbett auftrgt.
Erstellung von Steuerdaten fr den Drucker Auf Basis des Ergebnisses des Slicers wird ein Steuercode erstellt (auch bekannt als G-Code), der den Druckkopf steuert.

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In der Praxis lassen sich diese Aufgaben nicht immer scharf voneinander abgrenzen und hngen von der verwendeten Software und ihrem Funktionsumfang ab. So knnen sich die Aufgaben u.U. auch blo auf folgende drei Punkte konzentrieren:
 Mittels 3D-Software wird ein 3D-Modell erstellt. Dieses 3D-Modell wird in ein Druckformat, beispielsweise das STL-Format, exportiert und abgespeichert.
 Die abgespeicherte STL-Datei wird mit der Drucksoftware geffnet. Sie erstellt die Steuerdaten fr den Drucker. Man kann das Modell auf einem virtuellen Druckbett noch positionieren und skalieren. Schlielich wird der G-Code erstellt, der als Datei auf einer Speicherkarte abgespeichert wird.
 Diese Karte wird in den Slot an dem 3D-Drucker gesteckt. In einem Men kann man die Datei zum Drucken auswhlen.
Datenaustausch Datenaustausch ist essentiell, sptestens, wenn die 3D-Modelle fr die Aufbereitung in die Drucksoftware importiert werden. Jede 3D-Modelling-Software besitzt ihr eigenes Dateiformat, jedoch meist ausreichend Export-Funktionen, um in andere Dateiformate zu exportieren. Bei der Software fr den privaten Einsatz (vgl. S. 13) muss das nicht der Fall sein. Es ist mglich, das sog. add-ons installiert werden mssen, um diese Funktion nachzursten. In der Regel knnen ModellingProgramme aber auch mit vielen Dateiformaten arbeiten. Damit Dateien ausgetauscht werden knnen, hat sich ein Quasi-Standard herausgebildet, die STL-Schnittstelle (Surface Tesselation Language). In diesem Format wird lediglich ein Polygonnetz (,,Mesh") festgelegt, das nicht etwa schon ein 3D-Modell ist, da die Punkte noch zu einer Oberflche verbunden mssen und damit ein dreidimensionaler Krper vorliegt. Dieses Dateiformat ist von gngigen Softwareprodukten importier- und exportierbar, was aber nicht heien soll, dass nicht auch andere Dateiformate zum Austausch nutzbar sind. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass der Datenaustausch mit STL-Dateien am besten zu bewerkstelligen ist und auch weit verbreitet ist. Man sollte jedoch wissen, dass STL-Dateien in zwei Formaten vorkommen knnen, als binr-codierte und ascii-codierte Daten.
3D-Scans Ein naheliegender Gedanke ist, bestehende Objekte zu scannen, um diese auszudrucken bzw. vorher eigene Vernderungen einzuarbeiten. Der technischen Entwicklung der 3D-Drucker folgend, ist auch dieser Markt gerade in einem groen Umbruch. Die bentigte Technik wird immer gnstiger und die technischen Mglichkeiten immer einfacher. Hardwarebasierte Lsungen, beispielsweise in Form von Kameras und Lasern, sind oft im professionellen Bereich zu finden. Die Preise dieser Gerte beginnen bei mehreren hundert Euro, bei offenem Ende. Aufgrund dessen hat sich ein Dienstleistermarkt entwickelt, der das Scannen von Objekten oder Personen bernimmt.
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Alternativ gibt es softwarebasierte Lsungen, die mit Hilfe von Fotos des Objekts aus mehreren Blickwinkeln ein 3D-Modell berechnen. Neben den professionellen Lsungen gibt es bereits Apps fr Smartphones und Tablets, die deren eingebaute Kamera nutzen.
Weiterhin bietet ein bekannter Hersteller eine Software an, die mit der ,,Kinect-Kamera" zusammenarbeitet, einem Zubehr fr eine weit verbreitete Spielekonsole. Der Vorteil dieser Kamera ist, dass sie bereits fr eine dreidimensionale Erkennung von Personen ausgelegt ist.
Eine reiche Auswahl momentaner Lsungen ist im Internetiv zu finden.
Vom Scan zum Ausdruck Vom Scan bis zur druckfhigen Datei sind mehrere Schritte notwendig. Nur wenige SoftwareLsungen bieten den Vorteil, diese Schritte mit einem einzigen Programm abwickeln zu knnen (z.B. Mesh-Lab, vgl. S. 31):  Der Scan liefert eine groe Zahl einzelner Punkte (auch vertices genannt), die in einem
dreidimensionalen Koordinatensystem angeordnet sind. Die Scandaten liegen in Form einer ,,Punktwolke" (point cloud) vor. Das bliche Format ist das PLY ascii Format. Zwischen diesen durch den Scan festgelegten Punkten sind allerdings noch keine Flchen definiert.  Im nchsten Schritt werden Punkte zu Vektoren verbunden. Noch immer ist keine Flche festgelegt, erst recht kein Volumen. Erst wenn die Vektoren ,,zu Dreiecksfchern gerendert" werden, sind Flchen (triangles oder faces) vorhanden. Die Gesamtheit aller Flchen eines Objekts wird als ,,Mesh" bezeichnet. Zum Speichern dient z.B. das STL-Format.  Die Datenmenge gescannter Objekte ist riesig. Eng beieinander liegende Flchen sollten zusammengefhrt werden. berflssige Punkte werden gelscht.  Bei diesen Daten-Umrechnungen knnen reichlich Fehler auftreten, die korrigiert werden mssen, um das Objekt drucken zu knnen. Das Objekt hnelt einer Kraterlandschaft: Punkte sind falsch verbunden worden oder Lcher in der Oberflche mssen geschlossen werden. Manche Flchen, die als Auenseiten definiert sein sollten, zeigen mit der Innenseite nach auen. Vereinzelte Flchen ragen unverbunden aus einer Oberflche in den Raum. Mit Filtern wie dem Poisson Disk Sampling werden Rauheiten geglttet. Diese Fehlerkorrektur kann manuell mit komplexen Programmen vorgenommen werden oder automatisch durch Programme, die die meisten Fehler finden. Das Programm Netfabb hat sich als tauglich erwiesen. Bei allen aus dem Internet downgeloadeten Scans ist eine Fehlerkorrektur dringend angeraten. Am Bildschirm lsst sich nicht erkennen, was aus den Daten beim Drucken als Objekt herauskommt. Eine Zusammenstellung mglicher Fehler, die auf dem Weg vom Scan zum Druck auftreten knnen, findet sich im Kapitel ,,Polygonfehler".
Nachbearbeitung der Modelle Nur ein Teil der gedruckten Modelle kann sofort verwendet werden, ein anderer Teil muss noch nachbearbeitet (,,gefinished") werden. Die Oberflche von Modellen, die im FDM- bzw. FFF-Verfahren hergestellt wurden, ist durch das ,,Slicen" (vgl. voriges Kapitel) schichtweise aufgebaut. Horizontale oder vertikale Flchen oktogonaler Krper knnen eine befriedigende Gltte aufweisen, bei der eine Nachbearbeitung unterbleiben kann. Vor allem bei Schrgen oder Rundungen zeigt die Oberflche Treppenstufen, die bei der Verwendung stren knnen. In 3D-Druckforen wird von erfolgreichem Gltten der Oberflchen durch Antzen berichtet (das Filament ABS mit Acetondampf, PLA mit Tetrahydrofuran). Auch das Spachteln von Unebenheiten wird in Video-Tutorials erklrt. Ein Nacharbeiten mit Feile und Schleifmitteln ist bei beiden weit verbreiteten Filamenten mglich. Im Technikunterricht wird hufig eine Modellbaumaschine zum Schleifen, Bohren und Frsen eines bekannten Herstellers von Unterrichtsmaterial fr das Fach Technik eingesetzt, die die Unfallgefahr minimiert.v Bei den Drehzahlen sollte man beachten, dass die blichen Filamente beim Aufheizen schmelzen knnen. PLA kann mit einigen Klebstoffen geklebt werdenvi. Auch ein farbiges Gestalten durch Bemalen der Modelle mit wasserlslichen Farben ist mglich. Die Haftung des Farbmaterials ist berzeugend.
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Segmente der 3D-Software Der Markt an 3D-Software ist sehr gro. Grob kann man zunchst unterscheiden zwischen professioneller Software fr den gewerblichen Bereich und Software, die insbesondere Hobby-Tftler anspricht. Beide haben ihre Vor- und Nachteile, die hier kurz beleuchtet werden sollen. Im Kapitel ,,Software" wird darauf eine Reihe von Kriterien entwickelt, um Entscheidungshilfe fr die Softwareauswahl zu bieten.
Professionelle Software Die Zielgruppe professioneller Software, zumal im CAD-Bereich, ist zunchst die der Ingenieure. Der Markt ist dementsprechend gro und man findet Software bzw. Software-Pakete fr verschiedene Berufsgruppen (Maschinenbau, Architektur, Bootsbau etc.). De facto wird man an allgemeinbildenden Schulen nicht annhernd den Funktionsumfang bentigen, die die Software anbietet. Aufgrund ihres technischen Hintergrunds muss sie auch als technische Software bedient werden. Beispielsweise wird das Einfgen von geometrischen Figuren stndig begleitet von Grenabfragen, was bereits zeigt, dass ein kreativer Zugang im Ansatz unterbunden wird. Dies muss allerdings kein Nachteil sein, doch dazu spter mehr. Trotz der Gre und Schwerflligkeit der Programme - es sollte darauf geachtet werden, dass die Computer gengend Rechenkapazitt haben (siehe dazu die Anforderungen der Hersteller) - hat sich gezeigt, dass Schlerinnen und Schler recht schnell mit der Software umgehen knnen. Durch Ausprobieren finden die Schlerinnen und Schler viele Funktionen oder nutzen die umfangreichen Hilfen zum Lsen auftretender Probleme (oftmals Online-Hilfen, u.a. mit Lernvideos). Allerdings sind diese Hilfen auf Ingenieure zugeschnitten, also sprachlich und inhaltlich sehr komplex. Einige Softwarehersteller bieten auch Hilfen/Stundenmaterial fr Schulen an, wobei diese oftmals auf Berufsschulen zugeschnitten sind und daher sehr technisch anmuten. In diesem Kontext ist erwhnenswert, dass viele Anbieter Sonderkonditionen fr diese teuren CAD-Programme anbieten und Software teilweise sogar kostenlos an Schulen abgeben. Die Programme sind sehr robust, sodass mit Abstrzen nur zu rechnen ist, wenn die Speicheroder Rechenkapazitt nicht ausreicht. Die Software ist oftmals gleich aufgebaut. Neben einen Objektbrowser, der die aktuellen Elemente des Modells enthlt, findet sich ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem, in dem die Modelle angezeigt werden. Auerdem ist oft ein Fenster vorhanden, welches die Eigenschaften des Objekts zur Bearbeitung anzeigt (Radius, Hhe etc.). Eine Vielzahl an Informationen muss auf dem Bildschirm untergebracht werden. Benutzer mit 15" Bildschirmen werden wenig Freude haben, da sie oft damit beschftigt sein werden, den fr sie relevanten Bildausschnitt auszuwhlen, ein Arbeiten ist dennoch mglich. Grere Bildschirme zu verwenden, bietet sich an.
Software fr den privaten Einsatz Die Software fr den privaten Einsatz zeichnet sich darin aus, dass man recht schnell geometrische Figuren erstellen kann. Eine Bemaung findet selten statt, es gilt das Prinzip Ausprobieren. Dies hat allerdings den Nachteil, dass anschlieend nachgebessert werden muss, wenn man beispielweise bemerkt, dass das Modell, welches mehrere Zentimeter gro erschien, nur zehn Millimeter gro ist. Man stellt auch relativ schnell fest, dass der Funktionsumfang deutlich reduziert ist. Es zeigte sich, dass die Schlerinnen und Schler versuchten, Modelle zu entwerfen, fr die sie Funktionen bentigt htten, die bei diesen einfachen Programmen nicht zu finden sind. Generell wurde die Erfahrung gemacht, dass mit dieser Software gut zu arbeiten ist, wenn das Endprodukt nur aus einfachen geometrischen Formen besteht. Sobald jedoch versucht wurde, ein Modell zu verfremden, abzurunden etc., stieen die Schlerinnen und Schler an Grenzen. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass es insbesondere bei Programmen, die keinen Wert auf exakte Daten legen (z.B. Koordinaten), bei bestimmten Funktionen zu Schwierigkeiten kommt. So ist das Einzeichnen eines Quaders mittels Bestimmung von Punkten unmglich, da die Programmoberflche nur zweidimensional vorhanden ist. Dies fhrte beispielsweise dazu, dass statt eines Quaders ein auf der Z-Achse verschobenes Z erstellt wurde. Dies fhrte nach ersten Lachern jedoch zu Frustrationen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck Dafr hlt sich der Ressourcenhunger dieser Programme in Grenzen, da die Software fr die blichen einfachen Desktoprechner zu Hause gedacht ist. Was aber an solcher Software oftmals auffllt, ist die Einbindung von Online-Portalen, die die Mglichkeit bieten, bereits modellierte Figuren zu importieren und zu nutzen. Dies ist zwar auch bei professionellen Anwendungen mglich, jedoch nicht so benutzerfreundlich. Software dieses Typs ist meist frei oder in einer Pro-Version erhltlich, die Geld kostet. Auch ist es teilweise mglich, zustzliche Softwarebestandteile (add-ons, plug-ins) nachzuladen, die teils kostenpflichtig sind. Bei Softwareprodukten, die frei verfgbar sind, sollte darauf geachtet werden, welcher Lizenz sie unterliegen. Unter Umstnden ist eine kostenlose Verwendung in der Schule nicht erlaubt. Im Zweifel sollte man sich an den Hersteller wenden. Open Source Software Neben der oben aufgefhrten ,,proprietren" Software ist auch eine Reihe von ,,Open Source Programmen" erhltlich, die von Suchmaschinen oft vernachlssigt werden.vii Online-Applikationen Online-Applikationen haben fr die Schule mehrere Vorteile. Eine Installation auf den Schulrechnern erbrigt sich. Die Lernenden knnen ihre Objekte von zu Hause aus weiter bearbeiten. Umfangreiche Tutorials entlasten die Lehrperson und ermglichen ein individuelles Lerntempo.
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Software
Die hier vorgestellten Software-Beispiele stellen eine Auswahl dar. Der Anspruch auf Vollstndigkeit kann nicht erhoben werden. Das liegt allein schon am Tempo der Entwicklung und am Fehlen unabhngiger Einrichtungen, die Transparenz in diesem Bereich herstellen knnten.
Bei der Zusammenstellung der Software und der Darstellung der bersicht wurden die folgenden Aspekte einbezogen und Kriterien angewandt:
 Segment, zu der die Software zhlt  Anforderungen an Software fr den Unterricht  Mgliche Einsatzgebiete der Software
Segmente Die angefhrten Softwarebeispiele erstrecken sich auf die im letzten Kapitel vorgestellten Segmente der professionellen 3D-Software und der Software fr den privaten Einsatz. Neben proprietrer Software ist auch eine Reihe von Open Source Programmen erhltlich. OnlineApplikationen mit den bereits erwhnten Vorteilen fr die Schule sind hier ebenfalls einbezogen.
Anforderungen an Software fr den Unterricht Software, die im Unterricht verwendet wird, muss speziellen Anforderungen entsprechen. Schlerinnen und Schler nutzen die Software in der Regel nicht dauerhaft und nicht in professioneller Absicht. Sie haben unterschiedliche und oft geringe Vorkenntnisse und es fehlt die Zeit, sich aufwndig in wechselnde Applikationen einzuarbeiten. Auch wenn ihnen der Umgang mit Smartphones vertraut ist, beschrnkt sich ihre Programmkenntnis meistens auf wenige, allerdings hufig genutzte Applikationen. Hierbei handelt es sich meistens um Kommunikations- und Informationssoftware, nicht aber um Software zur Gestaltung. Andererseits sind Schlerinnen und Schler unbefangen und motorisch so geschickt, dass sich meistens schneller als Lehrpersonen mit einer neuen Software anfreunden und Ergebnisse hervorbringen knnen.
Unter diesen Voraussetzungen und Herausforderungen ergeben sich folgende Anforderungen an eine fr den Unterricht geeignete Software:
 Ihr Funktionsumfang sollte begrenzt sein oder zielgerichtet eingeschrnkt werden knnen.  Die Icons sollten intuitiv verstndlich und nicht zu zahlreich sein.  Eine deutschsprachige Benutzerfhrung erleichtert den Umgang.  Die Software sollte absturzsicher sein.  Die Notwendigkeit eines raschen und flssigen Wechsels der Ansichten und der
Abbildungsgre ist unabdingbar. Dies frdert zwar auch ein schneller Prozessor, aber er kann einen programmtechnischen Mangel nicht gnzlich aufheben.
Damit nicht das Objekt nicht nur erstellt, sondern auch gedruckt werden kann, mssen weitere Kriterien erfllt sein: Umfangreiche Import- und Exportfunktionen ersparen ein Konvertierungsprogramm, das vielleicht das ganze Objekt doch nicht richtig umwandelt oder programmeigene Dateiformate erst gar nicht einlesen kann. Soll auf frei verfgbare Objekte zurckgegriffen werden, ist eine umfangreiche, fr die Software nutzbare Online-Datenbank hilfreich.
Wie bereits erwhnt, sind die Anforderungen an die Hardware ebenso zu beachten wie der Arbeitsspeicherbedarf. Viele Programme sind plattformunabhngig, also z.B. unter Windows, Macintosh und Linux lauffhig. Erfreulich ist ein erschwinglicher Preis. Und tatschlich werden hochwertige Applikationen kostenfrei angeboten. Manchmal muss man nachweisen, dass sie in der Schule eingesetzt werden, oder es handelt sich um ausbaufhige, kostenlose Grundversionen. Es gibt auch zeitlich begrenzt funktionierende Trial-Versionen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Einige Kriterien fr die Softwareauswahl  Wie komplex soll die Software sein (Funktionsumfang, Werkzeuge; auch Animation)?  Welche Objekte sollen mit ihr schwerpunktmig erzeugt werden (einfache
geometrische Grundformen (Abb. 1), oder differenzierte, ungleichmig gebogene Designobjekte, oder technische Gerte, oder detaillierte Modelle (Abb.2))?  Lege ich mehr Wert auf konstruktives oder intuitives Vorgehen?  Werden bliche Fachbegriffe und Methoden/Verfahren verwendet (Extrudieren, Subtraktion, Skalieren etc.)?  Bietet der Hersteller (kostenfreie) Modelle zum Download an?  Soll nur konstruiert und modelliert oder auch gedruckt werden? (Abb.3)  Ist die Software benutzungsfreundlich (bersichtlich, deutsche Benutzerfhrung, intuitiv verstndliche Icons)?  Lsst sich die Bildschirmoberflche auf unterschiedliche Lernniveaus anpassen?  Wnsche ich Onscreen-Hilfen, Online-Hilfen, Lernvideos oder Handbcher?  Welche Einarbeitungszeit will ich in Kauf nehmen?  Verfgt die Software ber alle relevanten Im- und Exportformate, das z.B. STL-Format?  Whle ich eine nur zeitlich begrenzt lauffhige Demoversion, eine preisgnstige oder eine (teure und) erweiterbare Profiversion?  Wie absturzsicher ist die Software, ist Zwischenspeichern mglich?  Wird eine preisgnstige Klassenraumlizenz angeboten?  Entsprechen die Kapazitten der Rechner in der Schule den Ansprchen der Software? (Arbeitsspeicher, Prozessorgeschwindigkeit, Monitorgre)  Soll die Software auf mehreren Betriebssystemen lauffhig sein?  Welche zustzliche Software bentige ich? (Software zur Fehlerkorrektur und Drucksoftware)?
Abbildungen: Zwei 3D-Objekte aus einfachen geometrischen Grundformen und ein modelliertes Objekt, das nicht zum Ausdruck gedacht war.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Einsatzgebiete von 3D-Software
Diese Handreichung bezieht Beispiele aus dem Technik- und Kunstunterricht ein. Dabei wird von den folgenden drei Einsatzgebieten und Verwendungsmglichkeiten ausgegangen. Diese Systematik kann auch fr die im Kapitel ,,Chancen fr die Schule" aufgefhrten weiteren Fcher Orientierung bieten, um geplante Verwendungen des 3D-Drucks abzuklren und davon ausgehend fr die jeweiligen Unterrichtszwecke geeignete Software auszuwhlen.
Konstruieren von 3D-Modellen: Objekte aus dem Bereich Modellbau, Architekturmodell, Design, Technik usw. werden aus geometrischen Formen konstruiert. Fr diesen Einsatz kann z.B. folgende Software verwendet werden: Solid Edge, 123D-Design, SketchUp, Open SCAD, BlocksCAD, Tinkercad, Inventor, FreeCad, u.U. auch Blender, Meshmixer ...
Modellieren von 3D-Modellen: selbst erzeugte Objekte werden geformt oder gescannte Objekte verformt, z.B. Personendarstellungen (Portrts oder Figuren), Tiere oder Pflanzen, ungeometrische oder ungegenstndliche Objekte. Fr diesen Einsatz kann z.B. folgende Software verwendet werden: ZBrush, Sculptris, SculptGL, u.U. aber auch Blender, Meshmixer ...
Collagieren von 3D-Modellen: Downloads oder vorgegebene Objekte werden miteinander kombiniert. Dabei knnen Bestandteile getrennt und anders zusammengefgt werden, Dimensionen verfremdet und fantastische Kombinationen eingegangen werden. Fr diesen Einsatz kann z.B. folgende Software verwendet werden: Netfabb, Meshmixer, MeshLab, aber u.U. auch SketchUp, Tinkercad, ZBrush, Sculpris, SculptGL, Blender ...
Es gibt keinen ,,Allesknner" unter der 3D-Software. Manche Software eignet sich zu mehreren Einsatzzwecken, teils wiederum nur eingeschrnkt, wie den Ausfhrungen zu den einzelnen Programmen zu entnehmen ist. Bei der Auswahl der Software sollten sowohl die Verwendung in den jeweils geplanten Projekten als auch die im Kapitel ,,Grundlagen" aufgefhrten allgemeinen Kriterien der schulischen Softwareeignung leitend sein.
Um bei der Beschreibung der Software die Eignung zu den jeweiligen Einsatzgebieten zu kennzeichnen, werden die folgenden Icons eingesetzt:

Eignung fr das Konstruieren von 3D-Modellen
.

Eignung fr das Modellieren von 3D-Modellen

Eignung fr das Collagieren von 3D-Modellen

Abbildungen: Beispiele fr die Einsatzgebiete von 3D-Software 17

HANDREICHUNG 3D-Druck
Konstruieren von 3D-Modellen
Wenn es darauf ankommt, dreidimensionale Objekte nach exakten Maangaben zu konstruieren, zum Beispiel weil sie technische Funktionen haben oder passgenau gefertigt sein mssen, eignen sich Programme aus dem professionellen CAD-Bereich. Aber auch ihre kleinen Geschwister fr den privaten Einsatz sind fr schulische Zwecke nutzbar und knnen die umfangreichen und teuren ProfiProgramme ersetzen.
Solid Edge Edition fr Schule und Studium
Die Software Solid Edge von Siemens PLM Software ist in verschiedenen Versionen erhltlich. Die akademische Version wird allen aktiven Schlerinnen, Schlern und Studierenden akademischer Einrichtungen wie anerkannten Universitten, Fachhochschulen, Berufsschulen und Oberschulen sowie Schlerinnen und Schlern allgemeinbildender Schulen nach erfolgter Registrierung kostenlos bereitgestellt. Die Registrierung und der Download knnen ber Siemensviii erfolgen. Es sei darauf hingewiesen, dass Konstruktionen, die mit einer akademischen Lizenz gespeichert wurden, nicht mit einer kommerziellen Version geffnet werden knnen und 2D Zeichnungsausdrucke mit einem Wasserzeichen versehen sind. Das Unternehmen Siemens PLM gibt an, die Software beinhalte die branchenfhrende Synchronous Technologie, die auch von Entwicklern und Konstrukteuren weltweit verwendet wird. Mit dieser konzentrierten sich die Anwender auf das Erlernen von Entwicklungs- und Konzentrationskonzepten und -prinzipien.
Die Software Solid Edge basiert auf einer fortschrittlichen CAD-Technologie und enthlt zahlreiche Features, welche die professionelle 3D-Konstruktion mastblicher Bauteilgruppen untersttzen. Exemplarisch seien hier die vollstndige Baugruppenkonstruktion, die Erstellung von Explosionszeichnungen, Animationen und Bewegungssimulationen, die Berichterstellung zu Masseeigenschaften und die Erstellung von Teilelisten sowie der freie Zugriff auf einen OnlineTeilekatalog aufgefhrt.
Die Bildschirmoberflche ist auf den konstruktiven Einsatzbereich abgestimmt. Die Software startet stets mit der Auswahl eines Moduls entsprechend des zu erstellenden Objektes. Zur Konstruktion eines 3D-Bauteils ist hier das Modul ,,Metrisch Teil" zu whlen. Zustzlich stehen auf dem Startbildschirm eine breite Palette an gut verstndlichen Lernprogrammen sowie eine Erluterung der Benutzeroberflche zu Verfgung. Auf der Benutzeroberflche selbst findet der Anwender zunchst eine Vielzahl von Icons, deren Bedeutungen sich dem unerfahrenen Benutzer zwar nicht unmittelbar erschlieen mgen, jedoch ermglichen Kurzinformationstexte, die beim berfahren der Icons mit dem Cursor auftauchen, einen schnellen Programmzugang. In einer Aufforderungsleiste am unteren Bildrand werden zudem die durchzufhrenden Schritte im Flietext erlutert. Alle Konstruktionen werden zunchst als Zeichnung in einer Ebene erstellt und anschlieend durch Extrusion, Rotation oder Bohrung in einen Volumenkrper verwandelt. Die Zeichnungen knnen sowohl nach vorgegebenen Maen exakt erstellt werden, als auch zunchst ,,freihand" und zu jedem spteren Zeitpunkt bemat oder verndert werden. In der 3D-Ansicht ist das Bearbeiten des Volumenkrpers, wie beispielsweise das Ausrunden von Kanten oder Anpassen von Bohrungen, leicht durchzufhren.
Die Strke der Software liegt im technisch-konstruktiven Zugang, der unter anderem das exakte Positionieren und Ausrichten der Bauteilkanten zueinander und die Anordnung der Bauteile im Raum durch zahlreiche Konstruktionstools ermglicht. Die Geometrie des Bauteils wird durch das Programm stndig auf Konflikte berprft. So kann eine 2D-Zeichnung nur eine dritte Dimension durch Rotation oder Extrusion erhalten, wenn sie beispielsweise keine Profilberschneidungen oder Lcken aufweist.
Aus einer Bibliothek knnen Formelemente importiert und weiterverarbeitet werden. Ebenso knnen bereits auf dem Startbildschirm Verbindungen zu Komponentenkatalogen mit zahlreichen vorgefertigten Objekten oder Formelementen hergestellt werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck Geprft wurde die Studentenversion Solid Edge ST7. Die erstellten 3D-Objekte knnen als Solid Edge Part-Dokument (*.par) und in zahlreichen anderen 3D-Formaten wie auch im STL-Format gespeichert werden. Ebenso knnen auch 2D Ansichten gespeichert und gedruckt werden. Eine Einfhrung zum Programm Solid Edge ist im Anhang dieser Handreichung wiedergegeben. 123D-Design
Mit der Software 123D-Design von der Firma Autodesk lassen sich dreidimensionale Objekte entwerfen. Entweder werden Kreise, Ovale oder Polygone erzeugt, die sich ins Dreidimensionale extrudieren lassen, oder es werden aus einem dreidimensionalen Formenbestand Objekte ausgewhlt, die beliebig angeordnet, skaliert, gestreckt/gestaucht, gedreht, mit einer Bohrung versehen und miteinander kombiniert werden knnen.
Die Objekte werden direkt im dreidimensionalen Raum sichtbar, der jederzeit aus beliebiger Perspektive betrachtet werden kann.
Die reine Auf-, Unter- oder Seitenansicht lsst sich durch eine entsprechende ,,Wanderung auf dem Orbit" erzeugen. Zur berprfung der gewnschten Platzierung sind solche Tafelansichten notwendig, weil oft der Eindruck entsteht, dass Objekte die gewnschte Gre haben und sich wie gewnscht berhren, tatschlich aber berdeckungen und perspektivische Verkrzungen zu diesem Fehlurteil gefhrt haben.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Auch fr die berprfung, ob ein Objekt auf der Bodenebene platziert ist, muss es in die richtige Ansicht gedreht werden.
Zwar lassen sich bei bereits erstellten Objekten Werte fr das Verschieben und Skalieren eingeben, aber eine exakte Definition der Hhe, Breite und Tiefe der Ausgangsobjekte ist nicht mglich. Daher eignet sich das Programm eher fr ein intuitives als fr ein konstruktives Vorgehen.
Die Icons sind gut unterscheidbar, ihre Funktionen lassen sich nach einer kurzen, explorativen Phase erfassen und einprgen. Der kurze Hilfetext, der sich beim berfahren der Icons ffnet, untersttzt die Einarbeitung.
Trotz der englischsprachigen Benutzerfhrung kann die Software ab Klasse 7 eingesetzt werden. Eine einstndige Einarbeitung sollte eingeplant werden. Erfahrungen mit objektorientierten Grafikprogrammen erleichtern den Zugang zu 123D-Design. Die kostenlose Version ist fr schulische Zwecke ausreichendix. Sie untersttzt den Export von stl-Dateien und den Zugriff auf verffentlichte Modelle. Sie unterliegen unterschiedlichen Bedingungen, oft der Attribution-NonCommercialShareAlike-Lizenzx, welche eine Verwendung und Vernderung fr nicht-kommerzielle Zwecke erlaubt.
Programmabstrze traten bei der Prfung nicht auf. Das erzeugte 3D-Modell konnte gedruckt werden. Die verwendete Version 1.5. ist fr Mac, Windows und fr iOS erhltlich.
SketchUp
Die Software SketchUp von Trimble ist in verschieden Versionen erhltlich. Die nichtkommerzielle Version kann kostenlos heruntergeladen werdenxi. Das Unternehmen Trimble gibt an, die Software sei fr Architekten, Designer, Bauunternehmer und Fertigungsbetriebe konzipiertxii.
Die Bildschirmoberflche suggeriert dem Anwender, dass er in die Rolle des abgebildeten Architekten schlpft, der mit dem Hausbau im Grnen beginnen kann. Wird aus den verstndlich dargestellten Icons das Flchenwerkzeug ausgewhlt, entsteht auf dem Schnittpunkt der Hilfslinien beginnend - eine geschlossene Form, welche beliebig gro gezogen werden kann. Wenn sie anschlieend mit einem anderen Werkzeug angeklickt wird, kann sie in die Hhe gezogen werden und wird so zu einem dreidimensionalen Krper.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Jede Flche muss in einen Krper berfhrt werden, damit das Objekt vollplastisch gedruckt werden kann. Mit Hilfe des Rotationswerkzeugs kann berprft werden, ob das Gezeichnete schon ein Krper ist.
Sehr hilfreich ist der ,,magnetische" Cursor mit seiner wechselnden Beschriftung. Er zeigt, an welcher Seite, welcher Kante oder an welchem Punkt das zu ergnzende Objekt anliegt.
Nutzt man diese Hilfe, entsteht ein zusammenhngendes Objekt ohne Lcken, das nicht mehr gruppiert werden muss. Es ist anschlieend flchenweise oder als Ganzes modifizierbar. Der Prozess der Verformung ist durchgehend sichtbar und kontrollierbar. Das Beispiel zeigt, dass aus rechtwinkligen Treppenstufen rautenfrmige wurden.
Der Schwerpunkt der Software liegt eher im kreativ-explorativen Bereich. Einfache Mawerkzeuge stehen zwar bereit, aber einem technisch-konstruktiven Vorgehen widerspricht die intuitive Anlage der Modelliersoftware.
Aus dem ,,3-D Warehouse" knnen Modelle importiert und weiterverarbeitet werden. Damit der Druck gelingt, muss darauf geachtet werden, dass alle Objektteile plastisch und die Flchen geschlossen sind.
SketchUp steht fr Windows und Mac zur Verfgung. Geprft wurde die kostenlose Software SketchUp Make in der Version 15.3.329. Neben 2D-Exportformaten werden die beiden Formate KMZ und DAE angeboten. Erst die Pro-Version - sie ist fr Lehrkrfte kostenlosxiii- erlaubt professionelle 3D-Formate, nmlich 3ds, dwg, dxf, fbx obj, wrl und sxi. Das programmeigene SKP-Format kann mit Hilfe eines kostenlosen Plug-Ins auch in das fr 3D-Drucker bliche STL-Format konvertiert werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
OpenSCAD Gegenber der 3D-Software, die bisher vorgestellt wurde, setzt OpenSCADxiv auf das reine Programmieren von Modellen, anstatt auf das Zusammensetzen von Objekten mittels Maus. Durch wenige einfache Befehle, ist es mglich, komplexe Modelle zu erstellen. Diese programmierten Modelle werden dann gerendert und im Editorfenster dargestellt. Die programmierten Scripte folgen den blichen programmiertechnischen Prinzipien. Ein Erlernen dieser Prinzipien im Kontext eines 3D-Entwurfs bietet sich hier an, da die Umsetzung schnell gelingt und ein Ergebnis sofort sichtbar wird. Zudem hat es den Vorteil, dass ein wiederkehrendes Problem nicht neu konstruiert werden muss, sondern als Script immer wieder eingebunden werden kann.
Abbildung: bersicht OpenSCAD mit geffnetem Projekt
Obige Abbildung zeigt OpenSCAD mit geffnetem Projekt  ein Tablett fr Globuliglschen (vgl. Foto im Kapitel ,,berwachung des Druckvorgangs"). Links im Bild ist der Editor zu sehen. Bis zur Zeile 8 wurden nur Variablen definiert. Das eigentliche Modell wird mit Zeile 19 bis 27 erstellt. Ab Zeile 29 werden nur nicht sichtbare Teile des Modells entfernt, um die Druckmasse zu reduzieren und den Druck somit zu beschleunigen. Durch die Nutzung von Schleifen konnte der Quellcode deutlich reduziert werden.
OpenSCAD ist eine Open Scource Software, fr MAC, Linux und Windows verfgbar und offeriert die gngigsten Exportformate. Ein weiteres Beispiel fr ein Projekt mit OpenSCAD findet sich auf der Webseite Heise-Onlinexv.
BlocksCAD Eine weitere Mglichkeit, 3D-Modelle zu entwerfen, ist BlocksCADxvi. Diese Software basiert auf Scratch, einer fr Kinder entwickelten Programmierumgebung. In Anlehnung an Scratch erstellt man 3D-Modelle anhand von Blcken, die hnlich wie Puzzleteile zusammengefgt werden. So gibt es Blcke fr die gngigsten Formen und Operationen. Es hnelt nicht nur vom Umfang der Operationen sehr stark OpenSCAD, was daran liegt, dass die dargestellten Blcke im Hintergrund durch OpenSCAD Befehle ersetzt werden. Eine weitere Besonderheit ist, dass BlocksCAD eine Online-Applikation ist. Sie luft also vollstndig in einem Abbildung: Ein BlocksCAD-Element. Sichtbar am oberen Rand des grnen Webbrowser und ist somit plattform- Streifens die Einkerbung, zum Anheften an andere Blcke. unabhngig. Die Umgebung ist dreigeteilt. Neben dem Visualisierungsteil, der das 3D-Modell darstellt, findet sich im linken Drittel eine Auswahl der vorhandenen Blcke, die im mittleren Drittel zusammengesetzt werden knnen. Zustzlich ist es mglich, sich den Quellcode anzeigen zu lassen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Abbildung: Definition und Darstellung von zwei Krpern mit BlocksCAD
Durch das Prinzip des einfachen Zusammenfhrens von Blcken ist es gut fr jngere Kinder geeignet. Damit ist es mglich, schnell Objekte zu visualisieren. Man ist aber auch in der Lage, mathematische, logische und programmiertechnische Prinzipien zu besprechen. Somit ist es auch fr ltere bzw. erfahrene Schlerinnen und Schler geeignet und bietet Mglichkeiten zur Differenzierung sowie eine eventuelle Hinfhrung zu OpenSCAD.
Die Projekte kann man lokal abspeichern, aber auch wieder hochladen, um daran weiter zu arbeiten. Die gerenderten 3D-Modelle sind nur in wenigen Formaten exportierbar, jedoch findet sich darunter das STL-Format. Eine gute bersicht ber die Funktionsweise findet sich in einer PreziWebprsentationxvii.
Tinkercad Tinkercad ist eine Online-Applikation zum Erstellen und Bearbeiten von 3D-Modellen aus dem Hause Autodesk. Personen ab einem Alter von 13 Jahren knnen einen freien Online-Account einrichtenxviii. Dazu werden lediglich eine valide E-Mail-Adresse und ein Passwort bentigt. Der Startbildschirm zeigt die bereits erstellten 3D-Modelle (,,Designs" genannt) aus der Vogelperspektive. Man kann sie in der Ansicht betrachten und drehen, ohne sie geffnet zu haben. Das ffnen geschieht mit dem Befehl ,,Tinker this". Mchte man ein komplett neues Modell erzeugen, vergibt Tinkercad dafr einen fantasievollen Dateinamen, den man akzeptieren oder abndern kann. Geometrische Grundformen und eine kleine Anzahl komplexerer Formen knnen vom rechten Bildschirmrand entnommen und per drag and drop als dreidimensionale Objekte auf der Arbeitsflche abgelegt werden. Sie knnen einfach verformt, gedreht, gespiegelt und vervielfltigt werden. Aus ihnen knnen eigene Designs additiv zusammengesetzt und miteinander kombiniert werden, so dass die Einzelteile insgesamt zu einem Modell verschmolzen werden. Jede Form kann sowohl positiv als Raumkrper als auch negativ als Raumvolumen definiert werden, so dass z.B. aus einem Zylinder, der eine Flche durchdringt, eine Bohrung erzeugt werden kann. Auch Beschriftungen knnen einbezogen werden, indem dreidimensionale Buchstabenformen eingefgt werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Abbildung: Arbeitsraum und geometrische Grundformen bei Tinkercad
Viele Funktionen sind ber Tastatureingabe als shortcuts verfgbar. Unter der Registerkarte ,,learn" finden sich einfache animierte Tutorials mit aufsteigendem Schwierigkeitsgrad. Eine PDFDatei ,,Getting started" als Einstiegs-Handbuch kann als Printmedium eingesetzt werden.
Die ,,Gallery" macht 3D-Modelle nutzbar, die von anderen Nutzern freigegeben wurden. ber eine Importfunktion knnen STL-Dateien aus Onlineforen eingebracht werden. Diese ,,Meshes" knnen zwar nicht verformt, aber miteinander verbunden oder durch Nutzung der ,,Hole"-Funktion beschnitten werden.
Abbildung: ungewohntes Anlegen der Arbeitsflche zur Bearbeitung der Hhendimension
Bei gedrckter rechter Maustaste knnen die Modelle gedreht werden. Um Krper in allen drei Dimensionen bearbeiten zu knnen, muss die Arbeitsflche (,,workspace") oft anders als gewohnt angelegt werden. Dies bleibt auch die einzige Schwierigkeit in der Bearbeitung.
Fertige Modelle knnen online bei Dienstleistern in Druck gegeben oder exportiert und nach dem Importieren in eine Drucksoftware selbst ausdruckt werden.
Tinkercad erweist sich als Alternative zu Programmen, die stationr auf Rechnern installiert werden mssen. Die Applikation ist berall verfgbar, wo eine Internetverbindung mglich ist. Sie kann auch von Tablets aus bedient werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Modellieren von 3D-Modellen
Digitale Modellier-Software simuliert Bestandteile der additiven und subtraktiven Verfahren des dreidimensionalen Gestaltens bei 3D-Modellen. Das Verfahren wird daher auch als ,,sculpting" bezeichnet. In der Regel bietet die Software eine Bibliothek an, welche geometrische Figuren, aber auch Modelle vom menschlichen Krper, von Tieren und Pflanzen anbietet oder 3D-Modelle z.B. von Online-Datenbanken importieren kann.
Das ausgewhlte Modell kann sodann auf unterschiedlichste Weise modifiziert werden. Farbe und Textur fr die Oberflche knnen gewhlt werden, es kann skaliert, gedreht, dupliziert werden. Auch knnen Modelle miteinander verschmolzen werden. Die Umgestaltung der Form allerdings ist die eigentliche Aufgabe der Software. Die Werkzeuge dafr erlauben das Herausformen von Beulen und Wlbungen unterschiedlicher Gre (allmhliches Anschwellen) und Form (spitz, abgerundet) ebenso wie das Hineinstlpen bzw. Aushhlen. Mit anderen Werkzeugen lassen sich die Modifikationen wieder nach und nach zurcknehmen (verringern/verkleinern) oder angesetzte Formen eindrcken oder verschmelzen. Das Transformieren kann auf kleine Zonen (z.B. nur die Nasenspitze) oder groe Bereiche (z.B. das gesamte Gesichtsprofil) wirken. Auch eine Glttung oder das Aufrauen ist mglich. Sollen symmetrische Modelle entstehen, hilft ein Tool dabei, alle Operationen, die auf einer Seite erfolgen, automatisch auf die andere Seite zu bertragen. Ist dies nicht an allen Stellen erwnscht, schaltet man die Funktion aus.
ZBrush Bei ZBrush handelt es sich um ein sehr komplexes Programm, ein rascher Zugang ist daher nicht mglich. Zur Untersttzung gibt es allerdings kostenfreie Anleitungen. Zum Einstieg dient ,,Fundamentals", weitergehende Tutorials und auch Klassenraumtutorials werden angeboten. Es ist online verfgbarxix. Die Testversion ist 45 Tage funktionsfhig, als Einzellizenz und Klassen-raumlizenz fr 800 US$ erhltlich. Plugins, z.B. Brushes, knnen ebenso dazugekauft werden wie differenzierte 3D-Modelle, nmlich Kpfe, Halbfiguren, menschliche Krper. Der kleine Bruder von ZBrush ist Sculptris. Weiterhin existiert eine Online-Version unter dem Namen SculptGL.
Abbildungen: Mit ZBrush modellierte 3D-Modelle (Fotos: 3D-Druckzentrum Ruhr)
Sculptris Die kostenfreie Software Sculptris Alpha6 wird mit einer ausfhrlichen und reich bebilderten Offline-Dokumentation geliefert, in der Wert darauf gelegt wird, dass bei dieser Software das kreative Gestalten im Vordergrund steht. ,,Handbuch" und Menfhrung sind auf Englisch verfasst.xx
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Ausgangspunkt ist eine Kugel, die geformt werden kann. Die Benutzungsoberflche der Software kommt weitgehend ohne Begriffe aus. Eine bersichtliche Anzahl Buttons dient dem Gestalten.

Die Werkzeuge stellen alle Operationen bereit, die z.B. beim Modellieren mit Ton realisiert

werden. Zudem lassen sich ebendiese Operationen des Einkerbens, Ritzens, Herausformens,

Abflachens, Eindrckens, Aufsetzens, Herausziehens und des Glttens stufenlos in Gre und

Strke definieren.

Die volle Kontrolle ber den Gestaltungsprozess und -fortschritt ist

permanent gegeben, indem die Darstellung des Modells jederzeit

skaliert (linke Maustaste) und in alle Richtungen gedreht (rechte

Maustaste) werden kann.

Wenn ein falsches Werkzeug oder eine falsche Voreinstellung

benutzt wurde, knnen die Spuren

mit der mehrfachen Undo-Funktion

ungeschehen gemacht werden.

Eine sinnvolle Hilfe ist die

Symmetriefunktion.

Ist

sie

eingeschaltet, ist eine Hilfslinie zu erkennen, die als Spiegelachse

wirkt und das auf einer Seite Geformte auf die andere Seite

bertrgt.

Wer hufig mit der Software arbeitet, kann anstelle der Buttons

Tastaturbefehle (Hotkeys) nutzen.

Ist die Gestaltung weitgehend realisiert, lsst sich alles

Geformte nachtrglich vollstndig oder in Teilbereichen vergrern

und verkleinern, verschieben, drehen oder stauchen.

Wird die Polygonnetzansicht eingeschaltet, ist zu erkennen, wo

das Punktenetz besonders engmaschig ist. Unten links wird die

Anzahl der Dreiecke dargestellt. Schon bei einfachen Formen

handelt es sich um einen 5-stelligen Wert.

Auch steht eine Auswahl an Oberflchen zur Verfgung, die

dem Modell z.B. den Anschein des Metallischen geben. Diese

Optionen knnen dazu beitragen im Falle einer geplanten

bermalung des gedruckten Modells die richtige (Farb-)Wahl zu

treffen.

Sollen mehrere Modelle entstehen,

lassen sich weitere bearbeitbare Kugeln

einfgen und genau platzieren. Auch ein Ineinanderstecken ist mglich.

Modelle des Formats .sc1 knnen importiert, erstellte Modell im OBJ-

Format exportiert werden.

Alle Arbeitsschritte lieen sich sehr flssig

und ohne Wartezeiten ausfhren. Weil die

Arbeitsweise der Software der des realen

Modellierens so sehr hnelt, kann intuitiv-

experimentell vorgegangen werden. Der

eingangs erwhnte Anspruch wird voll erfllt. Wnschenswert wre, wenn

bereits Kpfe oder Krper fr die Umgestaltung zur Verfgung stnden.

Bei der Software Sculpt und Sculp+ fr iOS ist das z.B. der Fall.

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HANDREICHUNG 3D-Druck
SculptGL SculptGL ist die Variante von Sculptris, die als Online-Applikation im Web angeboten wird. Onlinexxi knnen 3D-Modelle neu erstellt sowie importierte STL-Dateien weiter bearbeitet werden. Die grundstzlichen Funktionen gleichen denen anderer digitaler Modelliersoftware. Der Vorteil ist wie bei anderen Online-Applikationen, dass keine Programm-Installation erforderlich ist, somit auch an der Schule kein IT-Fachmann herangezogen werden muss, um die Software im Unterricht einzusetzen. Ein Internetzugang und ein Speichermedium sind die einzigen Voraussetzungen. Daher knnen Schlerinnen und Schler auch zu Hause an ihren Modellen weiter arbeiten, wenn sie in der Schule die Aufgabenstellung und eine Anleitung mit den ersten Schritten erhalten haben. Die wenigen notwendigen Begriffe (Clear Scene, Import STL, Tool, Brush, Inflate, Smooth, Flatten, Drag, Symmetry, Export, ...) sind schnell gelernt, die Konzentration auf die inhaltliche Arbeit kann erfolgen. Die Beschrnkung schon auf wenige Werkzeuge ermglicht eine Menge an Gestaltungsspielrumen.
Abbildung: importierte STL-Datei und erste Bearbeitungsschritte
Blender Blender ist eine Open Source 3D-Modelliersoftwarexxii. Ursprnglich als professionelle 3DAnimationssoftware entwickelt, also basierend auf 3D-Grafik, wurde sie 2002 zur Open Source Software erklrt und erweiterte ihre ,,3D-Sculpting"-Funktionen. Daher ist sie geeignet zum Modellieren von Mesh-Objekten, die Grundlage eines 3D-Drucks werden sollen. Wenn man Blender nutzen mchte, sollte man grundstzlich einiges Basiswissen um die digitale Verarbeitung von 3DModellen haben: Meshes bestehen aus Punkten (Vertices), zwischen denen Linien (Edges) gezogen sind. Zwischen den Linien werden Flchen (Faces) aufgespannt. Diese Flchen sind das, was man hinterher im Bild von dem Modell am Bildschirm sieht. Als ursprnglich zur Animation entwickeltes Werkzeug kann Blender auch Oberflchen texturieren, beleuchten und Animationen aufzeichnen. Mit einer UV-Textur berzeiht man Flchen mit Bildern, z.B. Oberflchentexturen oder Fotos. Die Kamera zeichnet Bewegungen auf. Der Bildschirm ist in drei Teile aufgeteilt. Oben befindet sich das Info-Fenster mit Daten ber das aktuelle Modell, das aus der Tradition der Animation her als Szene bezeichnet wird. Im Zentrum der Arbeitsflche steht das 3D-Fenster. Auf ihr erscheint ein Wrfel, der wie die Kugel bei Sculptris die Grundlage aller dreidimensionalen Formen bildet, die aus ihm erzeugt werden. Als "plane" wird die Standflche bezeichnet, auf dem das 3D-Modell positioniert ist.
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Aus dem vorgegebenen

Wrfel werden alle Formen

erzeugt, indem er in verschiedene

Richtungen und Formen extrudiert

wird. Dabei werden neue

Eckpunkte und Flchen er-

schaffen, die ihrerseits auch

bewegt und weitergeformt werden

knnen. Extrudiert man eine

Partie, so erscheint eine Linie, die

die Richtung der Extrusion

festlegt. Bewegt man die Maus

fort, sieht man die neu

erschaffenen Vertices.

Eine Kamera erscheint als

schwarzes Dreieck. Eine Lampe

wird mit gestrichelten konzen-

trischen Kreisen simuliert. Das

Kreuz mit dem wei-roten Kreis

Abbildung: Startbildschirm von Blender

ist der 3D-Mauszeiger. Er kann berall im 3D-Raum platziert

werden. Er wird benutzt, um zu

zeigen, wo neue Objekte platziert werden, kann aber auch als Zentrum fr Drehungen und

Grennderungen dienen.

Das Fenster unten wird Button-

Fenster genannt. Dort knnen viele

Einstellungen der Szene bearbeitet

werden, so z.B. Materialien, Lichter,

Animationseinstellungen, Render-

einstellungen.

Blender ist eine 3D-Modellier-

software, die eine Flle von

Werkzeugen und Einstellmglich-

keiten aufweist und nicht leicht

erschlossen werden kann.

So wird mit der rechten statt der

blichen linken Maustaste selektiert.

Etliche Befehle sind ber Tastatur-

krzel erreichbar, die man sich

merken muss, will man nicht die Abbildung: Mit Blender erzeugtes Polygonnetz vor und nach Anwenden des

Software komplett individuell auf Werkzeugs ,,Smoothing"

Mausbedienung anpassen.

Das Programm weist eine modulare Benutzeroberflche auf, bei der man sich die bentigten

Werkzeuge selbst zusammenstellen kann. Das Sculpting kann beispielsweise mit 20 verschiedenen

"Pinseln" vorgenommen werden. Um sich die Software zu erschlieen, bietet Blender Tutorials, die

die grundlegende Funktionsweise des Programms, aber auch Profi-Features erklren. Positiv

anzumerken ist auch, dass die Werkzeugflle von Blender sich auch auf die Weiterbearbeitung

importierter Scans oder aus dem Internet geladener Modelle bezieht.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Collagieren von 3D-Modellen
Eine Reihe von Online-Datenbanken fr 3D-Modelle hat sich bereits im Internet etabliert. Sie enthalten Bildmaterial, das fr digitale Collagen bzw. Assemblagen genutzt werden kann. Die dazu geeignete Software muss dreidimensionale Formen beschneiden, kombinieren, zu neuen Modellen verschmelzen, in der Polygonzahl anpassen und die ,,Remeshes" in einem geeigneten Format fr den Druck exportieren knnen. Einige der unter anderer berschrift hier bereits vorgestellten Programme eignen sich auch fr dieses Einsatzgebiet. Daher sind hier die wenigen Programme aufgefhrt, die als Schwerpunkt das Verarbeiten von bereits existierenden und nicht das Erzeugen von neuen 3DModellen haben. Auerdem ist es ratsam, Modelle aus Online-Datenbanken grundstzlich auf ihre Druckfhigkeit zu prfen. Diese Fehlerkorrektur erspart unntige Misserfolge beim Ausdruck, ist allerdings nicht Bestandteil jeder Software, mit der collagiert werden kann. Die hier aufgefhrte Software verfgt weitgehend ber diese Funktionen der Druckvorbereitung.

Netfabb

Netfabbxxiii ist eine Software zur Bearbeitung von 3D-

Meshes und additiven Fertigung. Netfabb ist neben der kostenlosen Basic-Version und einer Online-Appxxiv auch als

erweiterte, kostenpflichtige Privat- und nochmals

umfangreichere Professional-Version (Netfabb-Pro)

erhltlich.

,,Netfabb Basic" bringt alle bentigten Werkzeuge fr den

3D-Ausdruck mit. Das Tool ermglicht den Import von 3D-

Modellen aus anderen Anwendungen sowie die

anschlieende Bearbeitung. Netfabb schliet u.a.

unerwnschte Lcken im Modell, erstellt wasserdichte

Objekte und kann defekte Oberflchen reparieren. Dabei

untersttzt es die Formate STL, X3D, WRL, GTS, CLI, SLI,

SLC, SSL, CLS und G-Code.

Die notwendigen Arbeits-

schritte zur Fehlerkorrektur

erschlieen sich in der Software

nicht unmittelbar. Die folgenden

Schritte haben sich als Weg

gezeigt, auf dem die meisten

Fehler und Druckprobleme in den Griff bekommen werden knnen:
 Project / New

Abbildung: 3D-Modell aus einer OnlineDatenbank, beschnitten und ergnzt als Bste

 Part / Add

 Extras / Repair part

- Dialogfeld "Automatic repair": Default repair

- Dialogfeld "Apply repair"

- Remove old part

 Part / Export part / as STL

- Speichern

Abbildung: NetfabbReparaturwerkzeuge

- Dialogfeld: Optimize - Dialogfeld Export

Mchte man Meshes miteinander kombinieren oder collagieren, stt man an die Grenzen von Netfabb-Basic und muss die Pro-Version erwerben. Mit ihr fgt man u. a. Zusatzteile ein und legt die Gre sowie die Ausrichtung des Gegenstandes fest. Entspricht das Ergebnis den Vorstellungen, so speichert man es im SLT- oder Netfabb-Format ab.

29

HANDREICHUNG 3D-Druck

Meshmixer

Meshmixerxxv ist eine 3D-Software der Firma Autodesk und

gehrt zu der 123D Software-Familie der Firma Autodesk, die 3D-

Software fr den Hobbyeinsatz anbietet. Gegenber der blichen

Software ist der Ansatz der 3D-Software jedoch nicht die

Konstruktion von Objekten, sondern die Vernderung von

bestehenden 3D-Modellen. Daher bietet die Software nur ab Version

2 die Mglichkeit, neue Modelle zu erstellen, sondern besitzt nur die

Optionen, ein oder mehrere Modelle zu importieren oder auf eine

Sammlung programmeigener lokaler Modelle zuzugreifen, die auch

miteinander kombiniert werden knnen. Die Modelle werden als

Meshes (Polygonnetze) dargestellt, welche durch verschiedene

Funktionen bearbeitet werden knnen.

Abbildung: Kategorien von

Daher ist bei der Verwendung der Software ein Umden-

programmeigenen Modellen zum Import

ken ntig, da es nicht darum geht, Eigenschaften von Objekten

zu ndern (Lnge, Breite, Kurven), sondern um die Polygon-

netze der Modelle zu verndern.

Die Software kann Modelle in den Formaten obj, ply, stl und

amf importieren. Ein Export ist zustzlich in die Dateiformate

dae und wrl mglich.

Des Weiteren ist eine Anbindung der konzerneigenen

Webseite 123app.com integriert, um Modelle der Seite direkt

aus der Software heraus zu importieren oder hochzuladen.

Abbildung: Auswahl an Funktionen zur Bearbeitung von Polygonen

Ursprnglich als Software fr den 3D-Drucker Makerbot erstellt (was stellenweise noch erkennbar ist), ist die Software

aber durch die zahlreichen Export- und Import-Formate fr alle

gngigen 3d-Drucker geeignet. Besonders geeignet ist Meshmixer fr das Erstellen von Sttzkon-

struktionen. Die Funktion ,,Analysis" kann beim Ausdruck zu erwartende Probleme erkennen und

automatisch sttzende Bauteile generieren, die den Druck mglich machen und ggf. nach dem Druck

entfernt werden knnen. Das Hilfesystem beschrnkt sich grtenteils auf Online-Hilfenxxvi (u.a.

Tutorials, Videos, PDFs, Foren).

Die Verwendung der Software ist innerhalb der Bestimmungen der Autodesk-Lizenz kostenfrei

mglich.

Abbildung: Umbau eines 3D-Modells durch Kombination von importierten 3D-Modellen mit Meshmixer 30

HANDREICHUNG 3D-Druck

MeshLab

MeshLab ist das ultimative Open Source Werkzeug zur Verarbeitung von 3D-Scans. Aus den

Punktwolken des 3D-Scanners knnen in MeshLab 3D-Modelle erstellt werden. Die Software wurde

an der Universitt Pisa entwickelt und basiert auf der VCG Bibiliothek des Visual Computing Lab ISTI-CNR. MeshLabxxvii ist angelegt als erweiterbares 3D-Software-System zur Anzeige, Verarbeitung

und Reparatur der Polygon-Oberflchennetze von 3D-Modellen. Es ist fr Windows, iOS und Android

verfgbar.

Mit Mesh bezeichnet man ein Polygonnetz zur

geometrischen Beschreibung von Oberflchen. Das

Ergebnis eines Scans kann als Knotenliste oder

vermaschtes Dreiecksnetz in MeshLab importiert werden.

Vom Scan zum Mesh sind folgende Arbeitsschritte ntig:

 Bereinigung der Punktwolke

 Registrierung der Scans

 Berechnung der Oberflche (Remeshing,

Simplification, Surface Reconstruction)

 Reduktion der Daten und Glttung der

Oberflche

 Finishing

Bei der Arbeit mit MeshLab stehen umfangreiche Filter

und Werkzeuge fr diese Aufgaben zur Verfgung. Es

knnen doppelte und nicht zusammenhngende Punkte

beseitigt werden, auch kleine isolierte Flchen gelscht, Lcher automatisch geschlossen und Non Manifold und Self intersecting Faces entfernt (vgl. das Kapitel ,,Polygon-

Abbildung: Darstellung einer Punktwolke als Ergebnis eines 3D-Scans in MeshLab

fehler"). Besonders wird das Poisson-disk-Sampling-Werkzeug zur Bearbeitung der Punktwolke

geschtzt. Fr den Datenimport werden die Formate PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, COLLADA, PTX,

V3D, PTS, APTS, XYZ, GTS, TRI, ASC, X3D, X3DV, VRML, ALN verwendet und fr den Datenexport

die Formate PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, COLLADA, VRML, DXF, GTS, U3D, IDTF, X3D. Die

Untersttzung des neuen U3D-Formats muss besonders betont werden.

Um aus mehreren Punktwolken ein Modell zu erstellen, z.B. aus Einzelscans der Vorder- und

Rckseite eines Modells, steht das ,,Merging" zur Verfgung. Mit dieser Funktion knnen digitale

Collagen erstellt werden.

MeshLab unterscheidet zwei Arten von

Layern: Mesh-Layer und Raster-Layer. Mesh-

Layer sind der Geometrie zugeordnet. Raster-

Layer sind 2D-Daten, die Oberflchen der

Modelle in Texturen und Farbe festlegen. Auch

hierin bestehen Gestaltungsmglichkeiten, die

sich auf den Druck nicht auswirken: das

Einfrben von Oberflchen oder das

berziehen mit Texturen.

Auch die Bemaung des Modells oder

seiner Teile kann mit MeshLab berprft und

das Modell auf eine geeignete Gre skaliert

werden. Schlielich kann die Druck-

vorbereitung bis hin zum Slicen vorgenommen

werden.

Abbildung: Mit MeshLab kann die Anzahl der Polygone und damit die Dateigre reduziert werden.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Drucksoftware

Neben Drucksoftware, die bei einer Reihe von Druckermodellen im Kaufumfang enthalten ist, gibt es zur Druckvorbereitung auch kostenlose und leistungsfhige Alternativen, die hier besonders hervorgehoben werden sollen.

Slic3r

Slic3r ist eine kostenlose Freewarexxviii, mit welcher 3D-Drucker professionell angesteuert werden

knnen. Die Software deckt in der Druckvorbereitung (vgl. Kapitel ,,Grundlagen") die Bereiche

Sttzkonstruktion, Fehlerkorrektur und Slicing ab. Sie ist lauffhig unter Windows, Mac OS X und

Linux. Bei der Installation werden genaue Konfigurationsangaben zum anzusteuernden Drucker

abgefragt, u.a. Drucktemperatur, Bauraummae und Filamentarten. 3D-Modelle knnen in den

Formaten STL, OBJ und AMF importiert und gedruckt werden.

Sttzkonstruktion: Slic3er be-

rechnet, ob an dem zu druckenden

Modell Sttzmaterial angebracht

werden muss und fgt es auf

Wunsch ein.

Fehlerkorrektur: Wenn das Mesh

des Modells Lcher enthlt oder

falsch ausgerichtete Kanten enthlt

(bekannt als Nicht-Mannigfaltigkeit),

kann es zu Problemen im Druck

kommen. Slic3r gibt mehrere

Optionen an und behebt alle

Probleme, die es kann. Nur wenige

Probleme sind auerhalb seiner

Mglichkeiten.

Slicing: Die Software zerlegt 3D-

Modelle in einzelne Schichten,

sodass am Ende eine druckbare

Vorlage fr den 3D-Drucker

entsteht. Schon im ,,Simple Mode"

sind die Einstellungsmglichkeiten

zahlreich. Einstellungen zu

Druckdetails knnen individuell

vorgenommen

werden,

so

beispielsweise die Geschwindigkeit

und Temperatur bei der untersten Schicht (first layer). Slic3r untersttzt Abbildung: Druckeinstellungen mit Slic3r

auch einige seltene Features wie den ,,Brim-Mode", der sonst nur kostenpflichtiger Profi-Software

vorbehalten ist. Im Brim-Mode wird ein kleiner Rand um das Objekt gedruckt, der fr mehr Stabilitt

sorgt. Auch knnen Druckkpfe whrend des Druckens angesteuert werden. Wer seinen 3D-Drucker

ber die Open Source Software OctoPrintxxix ansteuert, kann die Druckdaten auch direkt in diese

Software laden. Slic3er lsst sich auch als Plug-in fr die Software Repetierhost verwenden.

Repetierhost
Repetier-Host ist eine Bedienoberflche, mit der ein 3-D-Drucker ber USB-Verbindung angesteuert werden kann. Hersteller ist die Firma Hot-World. Die Software, bei der keinerlei Lizenzgebhren anfallen, kann kostenlos heruntergeladen werdenxxx. Wer die zuknftige Entwicklung untersttzen mchte, kann spenden.

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HANDREICHUNG 3D-Druck
Abbildung: Druckeinstellungen mit Repetier-Host
Repetier-Host ist lauffhig unter Windows, Mac OS X und Linux. Nach der Installation erfolgt zunchst die Konfiguration, in der die Parameter fr den Drucker (vgl. oben Slic3r) eingegeben werden. Die Untersttzung der Software durch Anleitungen und Tutorials im Internet ist besonders reichhaltig.
Repetier-Host enthlt bereits Slic3r als Plug-in. Es ist jedoch grafisch ansprechender und bietet mehr Optionen zur Visualisierung der 3D-Modelle und deren Gcode. Repetier-Host kann Profile und Konfigurationen fr den Druck, den Drucker und den Extruder verwalten und spreichern. Eine wichtige Funktion ist die berwachung des Druckvorgangs durch den Repetier-Server ber Webcam, Smartphone oder Tablet.
Cura Die kostenlose Drucksoftware Cura kann Dateien mit 3D-Modellen ffnen, bearbeiten und diese mit einem 3D-Drucker ausdruckenxxxi. Sie wurde fr den 3D-Drucker Ultimaker entworfen, funktioniert aber auch bei einigen anderen Druckern. Die Open-Source-Software untersttzt die Formate STL, OBJ, DAE oder AMF. Dabei kann zwischen Ansichten gewhlt werden, die verschiedenen Aufgaben der Druckvorbereitung dienen:  Normal ist die Standard-Ansicht, um die Objekte in verschiedenen Perspektiven betrachten zu knnen.  Overhang zeigt in Rot an, wo eventuell berhnge sind, die man untersttzen msste.  Transparent ermglicht es, ins Innere des Modells zu schauen, um Fehler festzustellen.  X-Ray findet Fehler, die einen falschen Code ausgeben knnten und daher rot markiert sind.  Layers ist die Ansicht, in der man sieht, wie der Drucker Layer fr Layer arbeitet. Cura ermglicht die Fehlerkorrektur, das Anbringen von Sttzmaterial und das Slicen mit vielen Einstellmglichkeiten sowohl fr Einsteiger als auch fortgeschrittene Druckexperten. Die Software ist durch diverse Anleitungen und Tutorials dokumentiert.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Drucker
Bei den vielen bereits verbreiteten Verfahren der Herstellung dreidimensionaler Erzeugnisse wird in dieser Handreichung nur der kostengnstige 3D-Druck im FDM- bzw. FFF-Verfahren bercksichtigt. Diese Technologie basiert auf dem Schmelzschichtverfahren (auch als Fused Deposition Modeling bezeichnet, kurz FDM, oder als Fused Filament Fabrication, kurz FFF), einer Untergruppe einer Reihe von Fertigungsverfahren, die als ,,Rapid Manufacturing" bezeichnet werden. Ein solcher 3D-Drucker stellt dreidimensionale Objekte aus Kunststoff oder anderem thermoplastischen Material her.
Die Zukunft wird zeigen, ob andere Verfahren, die momentan noch mindestens siebenfach hhere Anschaffungskosten aufweisen, wie beispielsweise das ,,Lasersinter-Verfahren", im Preis soweit fallen, dass Schulen sie sich leisten knnen.
Im Folgenden werden die beiden grundstzlichen Mglichkeiten dargestellt, die sich fr Schulen anbieten, die in den 3D-Druck einsteigen wollen: die Anschaffung eines Druckers fr die eigene Schule oder das, was heute gerne als ,,Outsourcing" bezeichnet wird.
Druckeranschaffung
Es gibt einige grundlegende Kriterien, die beim Kauf entscheidend sein knnen. Um einen einfachen Vergleich herzustellen, werden im Folgenden wichtige Kriterien kurz erlutert. Des Weiteren werden, sofern mglich, die Werte des hier verwendeten Referenzmodells mit angegeben, sodass man einen ersten Anhaltspunkt hat. Eine Darstellung aller am Markt befindlichen Gerte ist hier nicht zu leisten, insbesondere da die Technik immer besser wird. In der Regel hat sich gezeigt, dass man mit den Standardstellungen weit kommt und dass dies fr den schulischen Alltag auch ausreicht. Sollte man jedoch die Mglichkeiten des Druckers ausreizen wollen (beste Druckqualitt, sehr schneller Druck), so muss man damit rechnen, dass man sich intensiv mit den Feineinstellungen auseinandersetzen und viel Zeit investieren muss, um die gewnschten Ergebnisse zu erzielen und Fehldrucke zu vermeiden.

Kriterium

Hinweis

Referenzmodell

Auflsung
Geschwindigkeit Bauraum
Baumaterial (Filament)

Je feiner die Auflsung, desto besser das Druckergebnis. Allerdings wirkt sich eine feinere Auflsung negativ auf die Druckzeit aus.
Auch die Druckgeschwindigkeit kann oftmals angepasst werden. Dabei gilt die Faustregel, je schneller der Druck, desto schlechter das Ergebnis.

 20  30  300 mm/s

Die Gre einer Figur ist durch den Bauraum des Druckers limitiert.

223mm x 223mm x 205mm

Es gibt verschiedene Arten von Filamenten. Das Filament ist auf Rollen untergebracht, die am Drucker befestigt werden. Die wichtigsten Materialen sind PLA und ABS. Man sollte darauf achten, dass manche Drucker nicht mit allen Materialen umgehen knnen (siehe Text).

PLA und ABS

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Um den G-Code zu bertragen, gibt es verschiedene Techniken:

- Netzwerkanschluss/WLAN - Bluetooth - SD-Karte - USB-Stick

Datenbertragung

Der Einsatz einer SD-Karte ist einfach, doch kann diese leicht verloren gehen. Auch erlaubt nicht jeder ITSystembetreuer an Schulen die Einbindung portabler Laufwerke (USB-Sticks, SD-Karten) an den Schulcomputern.

SD-Karte

Den Drucker in das Netzwerk einzubinden ist auch nicht berall erlaubt. Hier ist eine Rcksprache mit einem Verantwortlichen sinnvoll.

Anzahl Dsen

Einige Hersteller bieten 3D-Drucker mit zwei Dsen an. Dies bietet den Vorteil mit zwei unterschiedlichen Filamenten zu arbeiten, um zweifarbige Ausdrucke zu eine erhalten oder das Sttzmaterial andersfarbig zu drucken.

Wartung

Wie anfllig ist das Gert fr klemmende Teile, verstopfte Dsen?
Wie schnell ist das Gert auseinandergebaut und vor allem wieder zusammengebaut? Sind die Teile einfach erreichbar? Kann man selbst viel machen oder muss man sich an den Support wenden?

Ausbau der Dse in ca. 10 Minuten.
Arbeitsplatte schnell entfernbar.

Ersatzteile / Gewhrleistung / Garantie

Eventuell geht ein Motor kaputt oder eine Dse verstopft und ist nicht mehr freizukriegen.
Sind Ersatzteile schnell lieferbar?
Gibt es gnstigere Replikate?
Wie lange dauert die Abwicklung eines Gewhrleistungs- oder eines Garantiefalls?
Was umfasst die Garantie und wie lange?
Muss das Gert sogar in das Land des Herstellers versendet werden?

Ersatzteile sind beim Hersteller oder auf diversen deutschen Elektronik-Shops erhltlich.

Zubehr

Manche Hersteller bieten zustzliche Add-ons, um bspw. eine WLAN-Funktionalitt nachzursten, oder um ber Apps fr das Smartphone den Druckstatus abzufragen.

Keines vorhanden.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Anleitung/Hilfe
Bedienung Robustheit

Ist eine Anleitung auf Deutsch erhltlich, auch fr die verwendete Drucker-Software? Wie erreiche ich den Hersteller? Gibt es sonstige Hilfen (Foren, Chats etc.)?
Ist der Drucker einfach zu bedienen? Welche Bedienelemente besitzt er?
Ist der Drucker/das Material fr den Einsatz in der Schule geeignet?

Englische Anleitung beigelegt, deutsche auf der Internetseite verfgbar.
Reichlich bebildert, kurz aber genau erklrt. Hinweise zur Reinigung der Dse bei schwerwiegenden Verstopfungen jedoch gering. Verweis auf die Support-Hotline.
Jedoch umfangreiche Hilfen durch die Community und der Hersteller-Webseite.
Ein Menrad, kleines Monochrom-Display. Minimalistisch, aber funktional und leicht zu bedienen. Stabiler Holzrahmen. Jedoch offener Bauraum zum Hineingreifen.

Alternativen zum Druckerkauf
Nicht jede Schule will sofort einen 3D-Drucker anschaffen. Eventuell will man auch erst ein Projekt durchfhren, bevor man sich fr einen Kauf entscheidet. Fr solche Flle bieten sich verschiedene Alternativen an:
Fab Labs Eine Mglichkeit sind Fab Labs (engl. fabrication laboratory  Fabrikationslabor). Fab Labs sind Einrichtungen (von Vereinen, Universitten etc.), die einer Werkstatt hneln. Dem Prinzip von Fab Labs folgend, sind diese frei nutzbar und oft findet man dort technische Untersttzung. Eine Liste von Fab Labs findet sich im Anhang und im Internet.xxxii
Partner-Netzwerke Viele Schulen sind Teil von Partnernetzwerken bspw. den zdi-Zentrenxxxiii. Auch dort kann man sich erkundigen, ob Firmen Teil des Netzwerks sind und einen 3D-Drucker zur Verfgung stellen knnen.
Online-Dienste Inzwischen gibt es auch Firmen, die ihre Dienste im Internet anbietenxxxiv. So schickt man mittels Formular oder E-Mail seine Druckdateien an den Anbieter und erhlt (nach ein paar Tagen) seine gedruckten Modelle per Post. Allerding prft der Anbieter die Druckdaten in der Regel nicht, sodass man erst nach ein paar Tagen ein eventuell falsch gedrucktes Modell erhlt. Die Fehlerkorrektur ist oft als zustzliche Leistung buchbar.

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HANDREICHUNG 3D-Druck Einen Drucker selbst bauen Die Alternative zu dem Kauf eines 3D-Druckers ist der Selbstbau eines solchen Gerts. Kommerzielle Anbieter bieten dafr viele verschiedene Bauksten an, die Lerngruppen unter Anleitung mit ein wenig handwerklichem Geschick selbst zusammenbauen knnen. Die Kosten fr komplette Druckerbaustze sind allerdings hufig sehr hoch. Gnster wird es, wenn die Einzelteile ber den Fachhandel bezogen werden. Im Internet gibt es die dazu passenden Stcklisten und Bauplne. Zum Teil sind dort Dateien zum Download hinterlegt, mit denen bentigte Bauteile des 3D-Druckers ausgedruckt werden knnen. Beispielsweise ist ,,RepRap" ein gemeinfreier 3D-Drucker. Die meisten seiner Bauteile sind aus Kunststoff und knnen mit einem 3D-Drucker angefertigt werden. Er kann deshalb als sich selbst reproduzierende Maschine bezeichnet werden.xxxv
Abbildung: Ein 3D-Drucker, der aus einem Bausatz selbst montiert wurde
Die Online-Anleitungen, die Dokumentationen und der Support in Foren sind verstndlich, so dass ein Selbstbau eines 3D-Drucker mit Lerngruppen machbar bzw. fr den Technikunterricht empfohlen werden kann.
Sonstige Mglichkeiten Eventuell findet sich im nheren Personenkreis jemand, der einen 3D-Drucker besitzt. Vielleicht besitzen die Eltern von Schlerinnen oder Schlern einen Drucker und stellen ihn zur Verfgung, oder es befindet sich eine Firma in der Nhe, die ihren 3D-Drucker zeitweise vermietet, beispielsweise ein Architekturbro, das sein Gert nur wenig verwendet.
Das Filament Das Material, mit dem gedruckt wird und das als Filament bezeichnet wird, ist herkmmlicher
Kunststoff. Dabei unterscheidet man zurzeit zwischen ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und PLA (Polylactid). PLA gilt gemeinhin als ,,einsteigerfreundlich", da es weniger Erfahrung im Druck bentigt.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Die Materialen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie bspw. Schmelzpunkt, Witterungsbestndigkeit, Bearbeitbarkeit und anderen Kriterien. Insbesondere der Schmelzpunkt ist relevant fr die Auswahl des Druckers. Wer sich nher mit diesen Eigenschaften vertraut machen will, findet dazu eine schnelle Orientierung im Online-Magazin ,,3druck.com"xxxvi. Fr den normalen Gebrauch ist dies jedoch nicht ntig, da die Drucker bzw. die Druckersoftware meist fr das jeweilige Material Voreinstellungen besitzen, sodass man unmittelbar drucken kann.

Gesundheitliche Aspekte
Generell sind sowohl PLA als auch ABS in der Lebensmittelindustrie als Verpackungsmaterial oder in Spielzeugen zu finden. Informationen ber gesundheitlichen Gefahren sind derzeit nicht bekannt. Eine Arbeit des ,,Institute of Technology" von Illinois beschftigte sich mit den FeinstaubEmissionen von 3D-Druckern und kam zu dem Schluss, dass zwar eine erhhte Feinstaubbelastung messbar ist, diese aber vergleichbar ist wie die von Laserdruckernxxxvii. Insgesamt betrachtet ist es empfehlenswert, den Drucker in gut belfteten Rumen zu betreiben.
Neben der Feinstaubgefahr sollten weitere Gefahren in Betracht gezogen werden. ABS enthlt Styrol, das laut RISUxxxviii in den Schulen in NRW nicht erlaubt ist, da es beim Drucken die Atemwege reizende Gase emittiert. Bei Einsatz von ABS ist daher ein separater Raum fr den Drucker erforderlich. Im Schulbereich sollten solche Probleme bei PLA nicht auftreten. Es wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und ist biologisch abbaubar. Fr den Druck von PLA ist ein beheiztes Druckbett nicht notwendig. Dennoch sollte beim Kauf von Filamenten beim Hersteller die Eigenschaften und die Verwendbarkeit (Lebensmittelechtheit, Temperaturgrenzen, Weichmacher, etc.) erfragt werden. So gibt es beispielsweise mit Polypropylen (PP) ein spezielles Filament fr ein lebensmittelechtes Druckmaterial.xxxix

berwachung des Druckvorgangs

Die bisher handelsblichen Drucker

haben den Nachteil, dass die Drucker Fehler

nicht erkennen und einfach weiterdrucken,

wenn Fehler im Druckmodell entstehen. Dies

kann dazu fhren, dass die Dse des

Druckers verstopft oder der gesamte

Druckkopf mit Filament vollluft.

In einem der Tests hat das dazu gefhrt,

dass das Heizelement nicht mehr gekhlt

wurde, verstopfte und der angeschlossene

Sensor sowie das Heizelement zerstrt

wurden  ein Schaden von ca. 120,- .

Da ein Druckvorgang mehrere Stunden

dauern kann (der Druckvorgang des

Globulihalters in der Abbildung dauerte

beispielsweise 11 Stunden), ist es nicht

mglich, diesen die ganze Zeit zu beob-

achten.

Abbildung: Tablett als Globulihalter, Ausdruck ca. 11 Stunden

Zu Beginn der 3D-Druck-Bewegung

behalf man sich mit Webcams, die man auf den Drucker montierte, um den Druckvorgang von der

Ferne aus zu beobachten. Ein Abschalten aus der Ferne war damit allerdings nicht mglich. Spter

kamen aus der Community jedoch Lsungen, die auch dies erlaubten.

Inzwischen haben auch die Druckerhersteller reagiert und erweitern ihre Drucker um Lsungen.

Im Folgenden finden sich zwei Beispiele.

OctoPrintxl ist eine Software, die ein Webinterface zur Verfgung stellt, um den Drucker zu berwachen und zu steuern. Als Projekt in privater Hand wird es nun durch die Firma BQ untersttzt.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Da OctoPrint nur auf einem Softwareprojekt basiert, bentigt man zustzlich einen Kleinstcomputer, der an den Drucker angeschlossen wird.
Vom Funktionsumfang her kann man mit OctoPrint ber das Netzwerk auf den Drucker zugreifen, technische Daten abrufen (bspw. Temperatur), auf eine WebCam zugreifen, den Druckvorgang starten/stoppen und vieles mehr.
OctoPrint ist als OpenSource erhltlich. Man bentigt jedoch ein wenig Hintergrundwissen, um das System auf einen Kleinstcomputer zu bertragen und zu konfigurieren. Auf der Seite von OctoPrint findet sich jedoch eine gute Dokumentation und ebenso eine Prsentation von Gina Huge, der Grnderin von OctoPrint, mit der sie auf der MakerFaire Hannover 2014 einen guten ersten berblick ber das Projekt gab.
Auch die Drucksoftware Repetier-Hostxli ermglicht die berwachung des Druckvorgangs ber Webcam, Smartphone oder Tablet (vgl. Kapitel Drucksoftware).

Einige Hersteller bieten in ihrer jngsten

Generation ihrer 3D-Drucker ab Werk eine

Fernkontrolle an. Mit Softwarelsungen wie

MakerBot Desktop fr Computersysteme und MakerBot Mobile fr mobile Gertexlii, kann

man die Drucker ber eine

Netzwerkverbindung per Videostream

berwachen und wird benachrichtigt, sobald Abbildung: berwachung des Drucks durch Repetier-Host

ein Druck beendet ist. Neben der (Quelle: www.repetier.com/)

berwachung kann man aber auch 3D-Modelle an den Drucker senden, auf eine Online-Datenbank

fr 3D-Modelle zugreifen und 3D-Modelle an den Drucker senden oder auf seine eigene Cloud

zugreifen.

Man erkennt schnell, dass die herstellereigenen Lsungen einfacher zu bedienen sind. Der

Nachteil liegt darin, dass sie nur fr eine geringe Anzahl von Druckern geeignet sind und der

Funktionsumfang vorgegeben ist. Lsungen wie OctoPrint sind vielfltiger zu nutzen und zu

erweitern, bentigen aber auch mehr Einarbeitungszeit.

Fehlerhafte Druckvorgnge erkennen

beide Lsungen nicht. Sie bieten jedoch mit

einem Videostream die Mglichkeit der

visuellen Fernkontrolle. Allerdings ist diese

mit einer einfachen Webcam mit integriertem

Webserver auch zu erreichen, wie sie im

Abbildung: Fehlerhafter Druck durch versetzte Layers

Handel zu finden ist.

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HANDREICHUNG 3D-Druck
Exemplarische Unterrichtsprojekte
Der Einsatz neuer Medien im Unterricht sollte kein Selbstzweck sein. Kriterium fr die Eignung in der Schule kann nur ein Vergleich zwischen neuen Medien und den traditionellen Methoden und Medien sein. Das Medium kann Zugnge zu Inhalten erleichtern, den Kompetenzaufbau frdern und angestrebte Lernprozesse untersttzen. In die Beschreibung der Unterrichtsprojekte sind daher die folgenden Aspekte eingeflossen:
 Jahrgang  Stundenumfang  Thematischer Kontext  Unterrichtlicher Zusammenhang  Intentionen - curriculare Begrndung  Aufgabenstellung  Technische Voraussetzungen  Vor- oder Spezialkenntnisse, Technikaffinitt  Dokumentation von Unterrichtsprozessen  methodische Vorgehensweise  Ergebnisse  Reflexion/Tipps  Vorzge des 3D-Druck im Unterrichtsprojekt im Vergleich zu traditionellen Medien
Unterrichtsbeispiele zum digitalen Konstruieren
Roboter erobern die Schule (Jahrgangsstufe 7)
Das hier vorgestellte Projekt zum Thema 3D-Druck im Kunstunterricht fand in einer siebten Klasse eines Aachener Gymnasiums statt. Die Klasse bestand aus 28 Schlerinnen und Schlern, geschlechterspezifisch ausgewogen. Zwei von ihnen hatten bereits einfache Erfahrungen im Umgang mit CAD-Software aus einer Arbeitsgemeinschaft an der Schule, ein Schler konnte von zu Hause aus Erfahrungen in den Unterricht einbringen.
Der Kunstlehrer hatte bis dato keinerlei Erfahrungen mit der Technik, sodass ein Informatiklehrer ihn whrend der Planung und zu Beginn der Unterrichtsreihe untersttzte.
Die Planung selbst nahm schnell Konturen an. Ausgehend von einigen technischen Betrachtungen, was mit einem 3D-Drucker mglich ist und welche Software eingesetzt werden kann, kristallisierten sich zwei Ideen heraus.
Die erste Idee basierte auf dem Thema der Verfremdung. So sollten vertraute, alltgliche Objekte durch Hinzufgen von Extremitten und anderen Krperteilen ,,zum Leben erweckt werden".
Die zweite Idee bestand darin, mittels einfachen geometrischen Figuren, wie Kreis, Dreieck, etc., Roboter zu konstruieren.
Der Vorteil beider Ideen lag darin, dass die Figuren als solche weitergenutzt werden konnten, indem sie in Anlehnung an Kunstwerke von Slinkachu oder Cordal fotografisch in Szene gesetzt werden wrden.
Letztendlich wurde die zweite Idee umgesetzt. Da sowohl die Schlerinnen und Schler als auch der Kunstlehrer noch keine Erfahrungen im Umgang mit der CAD-Software hatten, erschien es leichter, mit einfachen geometrischen Formen zu arbeiten, statt bestehende Objekte zu verfremden.
Damit die Lernenden sich mit der CAD-Software vertraut machen konnten, wurde zunchst ein Einkaufswagenchip entworfen. Dafr erhielten sie eine 15-mintige Einfhrung, in der sie ihre Erfahrungen und Wissen ber 3D-Druck formulierten und dieses Wissen durch den Informatiklehrer ergnzt wurde. Die Schlerinnen und Schler wussten bis hierhin lediglich, wie man einen Kreis zeichnen und durch extrudieren in einen dreidimensionalen Krper umformen kann. Daraufhin wurde die eigentliche Aufgabenstellung durch den Kunstlehrer gestellt.
Aufgrund der Tatsache, dass nur acht Laptops zur Verfgung standen, musste die Lerngruppe in Teams arbeiten. In dieser Doppelstunde erstellten die Schlerinnen und Schler letztendlich einen
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Einkaufschip, der mit Initialen oder einfachen Formen gefllt war. Unterschiede in der Bearbeitungsgeschwindigkeit waren nicht auszumachen. Selbst in den Teams, in denen Vorerfahrungen vorhanden waren, waren die Ergebnisse nicht weit von denen der anderen entfernt. Alle setzten sich intensiv mit der Software auseinander. Hilfe durch die Lehrpersonen war kaum ntig, da die Teammitglieder sich gegenseitig halfen und ihre Erfahrungen im Umgang mit der Software und ,,Tricks", wie eine Idee umsetzen ist, teilten.
Der Druck der Einkaufschips fand nach dem Unterricht durch den Informatiklehrer statt. Interessanterweise musste der Druck dreimal neu gestartet werden. Ohne die Konfiguration am Drucker zu ndern, schlug der dritte Versuch nicht mehr fehl.
In der kommenden Einzelstunde erhielten die Schlerinnen und Schler ihre eigentliche Aufgabe (siehe Arbeitsblatt als Anlage). In dieser Stunde war der Kunstlehrer alleine, was allerdings kein Problem darstellte, da die Schlerinnen und Schler zur Planung ihrer Projekte zunchst Skizzen in ihrem Artbook anfertigten.
Auf Basis dieser Skizzen begannen die Schlerinnen und Schler in der kommenden Doppelstunde ihre Roboter in der CAD-Software zu konstruieren. Da einer der Laptops defekt war, musste jedoch improvisiert Abbildung: Ein Roboter auf dem Schulgelnde werden. Drei Schler erklrten sich dazu bereit, diese Aufgabe mittels Ton zu lsen, was ihnen nicht unrecht war, da sie das Arbeiten am Computer eher unbefriedigend fanden. So fand sich bereits eine erste Differenzierung.
Die restlichen Schlerinnen und Schler arbeiteten eifrig an ihren Modellen, wobei hier aufgrund des greren Ausmaes des Projekts deutlich wurde, wie unterschiedlich sie arbeiteten. Einige hatten konkrete Ideen, die sie versuchten umzusetzen. Dafr holten sie sich im Internet Hilfe durch Anleitungen. Andere hingegen versuchten viele Funktionen der Software einfach auszuprobieren, um zu schauen, ob man diese nutzen knnte.
Insgesamt arbeiteten die Schlerinnen und Schler drei weitere Stunden an ihren Robotern, wohl ohne technische Untersttzung des Informatiklehrers, was laut Aussage des Kunstlehrers aber auch nicht ntig gewesen sei.
Erst zur letzten Stunde kam dieser wieder in die Klasse, um das ,,Einsammeln" der Dateien zu koordinieren.
Der eigentliche Druck fand wieder auerhalb des Unterrichtsgeschehens statt und stellte sich leider als schwierig heraus. Die Objekte waren komplexer als die Einkaufschips und mussten nun mit Sttzmaterial gedruckt werden. Es bedurfte vieler Druckversuche und mehrerer Stunden, bis die richtigen Einstellungen gefunden waren, sodass der Druck gelang. Des Weiteren musste mit mindestens fnf Stunden Druckzeit pro Figur gerechnet werden. Aufgrund dieser zeitlichen Verzgerung wurde die fotografische Inszenierung zunchst zurckgestellt und mit einem anderen Thema begonnen. Die fotografische Inszenierung wurde nach den Sommerferien durchgefhrt.
Der erste Versuch, 3D-Druck im Kunstunterricht einzubinden, kann als positiv gewertet werden. Die meisten Schlerinnen und Schler fanden es abwechslungsreich, mit dem Computer als Werkzeug zu arbeiten. Eine erste Differenzierung konnte durch die Arbeit mit Ton gefunden werden. Die Tatsache, dass einige bereits Wissen ber CAD-Konstruktionen mitbrachten, konnte positiv in die Arbeitsphasen eingebunden werden. Eine andauernde technische Untersttzung war nicht ntig, da sich die Schlerinnen und Schler selbst viel Wissen aneigneten. Des Weiteren ist sich der betreuende Kunstlehrer sicher, die erforderlichen Kenntnisse, die er nebenher gewonnen hat, in einem weiteren Projekt mit einbringen zu knnen, sodass es eventuell nur noch punktuell ntig ist, Hilfe beim Informatik-Kollegen zu suchen.
Die Probleme beim Drucken knnen durch das Finden der entsprechenden Einstellungen minimiert werden, sodass dort mit einer Reduzierung der bentigten Zeit zu rechnen ist. Die langen Druckzeiten lassen sich nicht vermeiden. Eine noch nicht umgesetzte Idee ist, einige Interessierte am Drucker ,,auszubilden" und ihnen das Drucken der Erzeugnisse zu berlassen, um somit die Lehrperson zu entlasten.
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Design von Schmuckstcken oder Mbeln (Jahrgangsstufe 8)

Ein weiteres Unterrichtsvorhaben wurde ebenfalls in dem oben genannten Aachener Gymnasium

durchgefhrt, diesmal jedoch in einer achten Klasse. Diese bestand aus 24 Schlerinnen und

Schlern. Die Vorkenntnisse bzgl. CAD oder 3D-Druck waren deutlich geringer. Nur ein Schler hatte

rudimentre Vorkenntnisse in CAD-Design.

Ziel des Vorhabens war, es Schmuckstcke oder Mbelstcke zu designen. Die unterschiedliche

Zielvorgabe sollte den Schlerinnen und Schlern eine gewisse Freiheit bzgl. ihrer Interessen lassen

(siehe dazu das Arbeitsblatt im Anhang).

Konzeptionell bestand die Aufgabe aus drei Schritten:

1. Das Kennenlernen der Software

2. Planung der Objekte im Artbook

3. Umsetzung der Objekte im CAD-Programm

Diesmal erhielten die Schlerinnen und Schler zur Umsetzung die Software Sketch-Up. Im

Vorfeld einigten sich Informatik- und Kunstlehrer darauf, die Modelle auf geometrische Basisfiguren

zu beschrnken, da sowohl die Software, als auch CAD an sich, fr die Lerngruppe neu war.

Der Verweis auf den experimentellen Charakter des Unterrichtsvorhabenns sollte den

Schlerinnen und Schlern Druck nehmen, sodass sie sich auf die Erkundung der Software einlassen

konnten.

Die Schlerinnen und Schler arbeiteten in

Gruppen von drei bis vier Personen zusammen an

einem Laptop.

Der Informatiklehrer whrend der achtstndigen

Arbeitsphase nur in der ersten und dritten Stunde

anwesend.

In der ersten Stunde erhielten die Schlerinnen und

Schler eine kurze Einweisung, deutlicher krzer, als

fr die Software SolidEdge im vorherigen Unter-

richtsvorhaben ntig gewesen war. Hier konnte von

dem kleineren Funktionsumfang und der geringeren

Komplexitt der Software Sketch-Up profitiert werden.

Es wurde auf die Problematik von Flchen hinge-

wiesen (Zweidimensionalitt), und ein Beispiel fr die

Abbildung: Schmuckdesign

Erstellung eines geometrischen Objekts gezeigt

(Zylinder). Die Schlerinnen und Schler entwickelten

schnell ein Gespr fr das Erstellen von dreidimensionalen Objekten, sodass die Einfhrung nur etwa

20 Minuten dauerte.

In der dritten Stunde wurde seitens der Schlerinnen und Schler oft um Hilfe gebeten, da sie

sich von den vorhandenen Grundfiguren in der Software lsten. Sie entdeckten das

Freihandwerkzeug, mit denen sich komplexere Formen erstellen lassen. Allerdings stiegen auch die

Fehler in den Modellen deutlich an. Deutlich wurde dies an zweidimensionalen Flchen, als auch an

Lchern in Strukturen, was auch spter beim Druck deutlich zu erkennen war (siehe unten).

Eine Mdchengruppe stach heraus, da die Schlerinnen Probleme mit der dreidimensionalen

Ansicht hatten. Orientierungsschwierigkeiten waren zur Folge, die sie sehr ,,ausbremsten".

Auffllig war auch, dass sich die Jungengruppen auf das Designen von Mbeln, die Mdchen-

gruppen hingegen auf das Designen von Schmuckstcken beschrnkten.

Fr die Nachbearbeitung bzw. den Druck erhielt der Informatiklehrer die Druckdateien im SketchUp-eigenem Dateiformat, obwohl es fr das Programm ein Add-on gibt, das in das STL-Format exportieren kann. Dies hatte jedoch den Vorteil, dass die Modelle nochmals gendert werden konnten. In zwei Fllen mussten noch Flchen entfernt werden (wobei dies nicht unbedingt ntig ist, da die verwendete Drucksoftware Flchen grundstzlich ignoriert).
Was allerdings auffiel, war die steigende Anzahl von Lchern in den Modellen. Je hher deren Komplexitt war (Stichwort Freihandwerkzeug), desto mehr Lcher befanden sich darin. Im Schnitt waren dies 3-10 Lcher pro Modell.

42

HANDREICHUNG 3D-Druck

Ein sehr komplexes Modell beinhaltete jedoch ca. 170 Lcher. Aufgrund dessen wurde der Einsatz von netfabb gewhlt, da diese Software ein automatisiertes Reparieren von Modellen beinhaltet (obwohl auch die Drucksoftware kleine Fehler selbst korrigiert).
Viele der Lcher waren nicht erkennbar. Die Schlerinnen und Schler hatten die Kopieren- und Einfgen-Funktionen der CAD-Software sehr oft verwendet, um bereits erstelle Teilobjekte nicht neu zu kreieren. Dies fhrte zu Flchen, die sich dem Anschein nach berhrten. Allerdings wiesen sie minimale, nicht sichtbare Distanzen auf.
Offensichtlich wurde dieses Problem bei einem Probedruck. Die Rundlehne eines Stuhls wurde in der Luft gedruckt. Sie hatte keine Verbindung zum Rest des Abbildung: Entwurf Stuhldesign Stuhls.
Ein Modell wurde nach Bearbeitung mittels Netfabb jedoch nicht gedruckt. Das Modell wurde in der Drucksoftware nicht angezeigt. Dementsprechend konnte kein G-Code erstellt werden. Die Grnde konnten nicht ermittelt werden. Der Druck gelang jedoch auch ohne vorherige Nachbearbeitung in Netfabb.
Insgesamt dauerte die Nachbearbeitung, inklusive der Betreuung des Druckvorgangs, ca. drei Zeitstunden. Die Druckvorgnge selbst liefen ohne Probleme durch.

Stuhldesign (Jahrgangsstufe 12)

Diese Unterrichtssequenz im Fach Gestalterisches Zeichnen wurde in der Jahrgangsstufe 12

einer Fachoberschule fr Gestaltung durchgefhrt. Die Lerngruppe bestand aus einundzwanzig

Schlerinnen und fnf Schlern. Hinsichtlich der Erfahrung mit CAD- Programmen brachte circa ein

Drittel der Klasse Vorwissen mit, zwei Schler hatten bereits in ihrem Praktikum mit einem 3D-

Drucker gearbeitet. Fr das Projekt waren drei Doppelstunden im Umfang von je 90 Minuten

vorgesehen, wobei eine Doppelstunde eine reine Einfhrungsstunde darstellen sollte.

In der Fachoberschule fr Gestaltung Klasse 12 ist ein Exkurs in den Funktionalismus der Baukunst vorgesehen.xliii Neben der theoretischen und zeichnerischen Auseinandersetzung mit

Bauwerken ist ebenso ein Blick auf die Inneneinrichtung und im Speziellen Mbel lohnenswert. Der

Zig-Zag Stuhl von Gerrit Rietveld, dessen Ziel eine funktionale Form war welche den Raum nicht verstelltxliv, wurde bereits in der Unterrichtsreihe zuvor thematisiert, hier aber im Rahmen einer

zeichnerischen Auseinandersetzung und Analyse des Stuhls. Der Zig-Zag Stuhl wurde perspektivisch

dargestellt und Fragen wie ,,Ist der Stuhl ein bequemes Mbel? Warum zhlt er zu den

Designklassikern?" diskutiert. Die Aufgabenstellung fr den 3D-Druck bestand schlielich darin, den

Stuhl so zu verndern, dass aus diesem ,,Ein Stuhl fr einen Knig" wird, demnach eine vllig

Rietveld entgegenstrebende Umsetzung des Stuhls. Die Schlerinnen und Schler waren unter

anderem zu dem Schluss gekommen, dass es sich um ein sehr unbequemes Mbel handelt, auf

welchem man nicht lange sitzt.

Fr die Umsetzung der Aufgabe

wurde der Zig Zag Stuhl im Vorfeld von

der Lehrperson in einem CAD-

Programm konstruiert und sollte nun

durch Ausschneiden, Anbauen von

Formen usw. entsprechend der

Aufgabenstellung verndert werden. Auf

diese Weise wurde vor allem Lernenden,

welche keine bis wenig Erfahrung mit

CAD-Programmen hatten, der Einstieg

erleichtert. Bewanderte Schlerinnen

und Schler konnten somit ihre

Abbildung: Stuhldesign (Foto: Werner-Jger-Gymnasium Nettetal)

Kenntnisse vertiefen.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Abbildung: Vorkonstruierter Zig Zag Stuhl

Die Aufgabe der Schlerinnen und Schler war es, zunchst in einem ersten Schritt die

Benutzeroberflche des gewhlten Einstiegsprogrammes Tinkercad kennenzulernen. Anschlieend

schauten die Schlerinnen und Schler ein online verfgbares Tutorial und bauten gleichzeitig den

dort zu konstruierenden Gegenstand mit. Zustzlich sollten die Lernenden Sthle recherchieren,

welche ebenfalls dreidimensional gedruckt wurden. Die Idee dahinter war, zu sehen, welche

Mglichkeiten der 3D-Druck bietet, aber auch, welche Probleme entstehen knnen. Die Lehrperson

hatte sich fr das Programm Tinkercad entschieden, da es mehrere Vorteile bietet: Erstens kann man

das Programm von jedem Rechner aus starten, da man es nicht installieren muss, sondern online

arbeitet. Es ist also mglich, zu jeder Zeit an jeden Ort auf das Programm zuzugreifen. Zweitens ist

das Programm sehr einfach gestaltet, so dass die Funktionsweise innerhalb krzester Zeit

erschlossen werden kann.

Schlielich wurden von den Schlerinnen und Schlern 12

Sthle in Partnerarbeit konstruiert. Es fiel auf, dass sich die

Schlerinnen und Schler bereits nach 45 Minuten das

Programm erschlossen hatten und nicht wie vorgesehen nach

90 Minuten. Daran lsst sich erkennen, dass die Oberflche

fr junge Menschen (digital natives) intuitiv ist. Den

Lernenden bereitete das Erlernen groen Spa bzw. bot die

schnelle Erfassung einen zustzlichen Lernanreiz und

Erfolgsgarantie. Die brige Zeit wurde zur Konstruktion der

Sthle genutzt. Die Schlerinnen und Schler durften spter

dem Druckprozess beiwohnen. Einige Lernende erhielten

ihren ausgedruckten Entwurf, welches die Faszination weiter

steigerte. Jedoch wurde von den Schlerinnen und Schlern

moniert, dass das Programm stellenweise zu ungenau ist,

obwohl man Mae fr Objekte eingeben kann, basiert das

Endprodukt nur auf einfachen geometrischen Funktionen und

es ist nicht mglich, mittels verbundenen Punkten Objekte zu

konstruieren. Der Funktionsumfang ist deutlich eingeschrnkt.

Jedoch eignet sich das Programm sehr gut als Einstieg.

Alternativ knnten erfahrene Schlerinnen und Schler

komplexere Programme nutzen.

Abbildung: Zum Vergleich das Modell eines Stuhldesigns (Foto: LeibnizGymnasium Dortmund)

Das Programm wurde nach der Stuhlkonstruktion auf Eigeninitiative der Schlerinnen und Schler ebenfalls fr den Entwurf und die Materialberechnung eines zu bauenden

Stuhls im Fach Holztechnik verwendet.

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HANDREICHUNG 3D-Druck Einige Schlerergebnisse zum Thema Umgestaltung des ,,Zig Zag Stuhls":
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HANDREICHUNG 3D-Druck Weitere Schlerergebnisse zum Thema Umgestaltung des ,,Zig Zag Stuhls"
Einige ausgedruckte Modelle:
Foto: Brde-Berufskolleg, Soest 46

HANDREICHUNG 3D-Druck
Design von Kickerfiguren (Jahrgangsstufe 12)
Das Unterrichtsvorhaben richtet sich an Lerngruppen, die Vorkenntnisse in der Anwendung von CAD-Software haben. Es wurde daher in einer Berufsschulklasse der Jahrgangsstufe 11 im metalltechnischen Bereich erprobt. Der Zeitumfang betrug 2 Doppelstunden zu je 90 Minuten.
Ziel des Unterrichtsvorhabens war es, eine individuelle Kickerfigur mit der CAD-Software zu konstruieren und diese fr den 3D-Druck vorzubereiten.
Die konstruktiven Vorgaben richten sich nach dem in der Schule vorhandenen Tischkicker:  Stangendurchmesser 16 mm,  Abstand Stangenmitte-Fuunterkante 71 mm,  Abstand Stangenmitte-Kopfoberkante maximal  42 mm und Fubreite 23 mm.
Die Schlerinnen und Schler arbeiteten allein oder zu zweit an einem Rechner. Bei Schwierigkeiten mit der CAD-Software Inventor sollten sie zunchst versuchen, diese in Gruppen zu lsen und nur in Ausnahmefllen den Lehrer zu fragen. Eine Internetrecherche war zugelassen. Auf diese Weise hatte die Lehrperson Zeit, sich um einzelne Schlergruppen intensiver zu kmmern.
Die Schlerinnen und Schler waren whrend der gesamten Durchfhrungsphase sehr motiviert und arbeiteten konzentriert an ihrer Aufgabe. Teilweise arbeiteten sie sogar nach dem Unterricht an dem Projekt weiter und schickten der Lehrkraft ihre fertigen Dateien zu.
Die Aufgabe war bewusst keine klassische Konstruktionsaufgabe, wie sie im technisch geprgten beruflichen Umfeld der Schlerinnen und Schler vorzufinden ist. Die Schlerinnen und Schler sollten das gewnschte Aussehen ihrer Figuren mit der CAD-Software modellieren. Dadurch sollten sie Funktionen des Programms, die sie bei den bisherigen Aufgaben nicht benutzt hatten (Ausformen von B-Splines, gefhrtes Austragen, Rotation von Freiformkurven), kennenlernen.
Schwierigkeiten gab es dabei, komplizierte Geometrien (z.B. Haare, Zacken, Kleidung, Schmuck oder sonstige Accessoires) mit der CAD-Software zu konstruieren. Die Schlerinnen und Schler merkten schnell, dass Sie mit ihren bisherigen CAD-Kenntnissen an ihre Grenzen stieen bzw. dass die technisch ausgerichtete CAD-Software fr diese Aufgabe nicht geeignet ist.
Zum Teil wurden die Figuren von den Schlerinnen und Schlern mit einer anderen Software (Tinkercad) online weiter bearbeitet. Fr Lerngruppen mit wenig CAD-Erfahrungen oder ohne technischen Background kann mit dieser Software ein vorhandenes Modell weiterbearbeitet werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck Einige Schlerergebnisse zum Thema ,,Design von Kickerfiguren":
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Unterrichtsbeispiele zum digitalen Modellieren
Das digitale Modellieren oder auch Skulptieren (,,sculpting") ermglicht, verglichen mit dem digitalen Konstruieren, einen eher intuitiven Zugang. Erfahrungen mit Modelliermassen wie Plastillin, Ton oder Papiermache sind genauso leicht auf die digitalen Werkzeuge bertragbar wie der Umgang mit Abtrenn- oder Abtragwerkzeugen. Es kommen 3D-Modelle in Betracht, bei denen es weniger auf technische Mahaltigkeit ankommt.

Insekten- oder Alienkpfe (jahrgangsbergreifend Sekundarstufe I)

Die Software SculptGL wurde in einer Arbeitsgemeinschaft Kunst erprobt, an der 14 Schlerinnen und ein Schler verschiedener Jahrgangsstufen der Sekundarstufe I teilnahmen.
Weil nur eine Doppelstunde zur Verfgung stand, wurde die Aufgabenstellung auf die Bedingungen der Software abgestimmt. Beim Programmstart erscheint eine Kugel und fllt die Szene, wobei die Symmetrie-Funktion bereits aktiviert ist. Die Schlerinnen und Schler erhielten die folgende Aufgabe: ,,Entwerfe auf Basis der Kugel eine Insekten- bzw. Alienkopf."
Nach Erfahrungen der Autoren ist es leicht mglich, Phantasiekpfe oder insektenartige Kpfe zu entwerfen, da man durch die SymmetrieAbbildung: Ergebnis einer Schlerin Funktion schnell zu Ergebnissen kommt und bspw. an beiden Seiten des Kopfs gleichzeitig Fhler erstellen kann. Die Reaktion auf das Thema ,,Insekten- und Alienkpfe" war unterschiedlich. Aufgrund der technischen Voraussetzungen an der Schule wurde die Gruppe gesplittet. Die Schlerinnen und Schler der Abbildung: Ein weiteres Produkt - die einen Gruppe arbeiteten paarweise an Laptops, die der anderen Kugel ist nicht mehr erkennbar konnte alleine an ThinClients arbeiten. ThinClients untersttzen keine 3D-Anwendungen. Da die Software jedoch eine Web-Applikation ist, sollte geprft werden, ob SculptGL als Web-Applikation auch fr solche Systeme geeignet ist.

Abbildung: Ein eher einfaches Ergebnis - eine Art Ente

Insgesamt kann die Doppelstunde als gelungen bezeichnet werden. Auf motivationaler Ebene hatten die Schlerinnen und Schler Spa und waren eifrig bei der Sache. Sie waren dem Thema teilweise eher abgeneigt. Das Beispiel einer sehr jungen Schlerin aus dem 6. Jahrgang zeigt, dass ihr die Aufgabenstellung nicht gerecht wurde. Sie htte deutlich mehr Zeit bentigt, um mit den Herausforderungen des 3DDesigns an einem 2D-Bildschirm umgehen zu knnen.
Viele jngere Schlerinnen erkannten zunchst nicht die Dreidimensionalitt ihrer Modelle und bearbeiteten sie nur aus der frontalen Ansicht heraus.

Erst nach gezielten Hinweisen entdeckten sie, dass man das Modell drehen kann, sich dadurch andere Ansichten erffnen, die allseitig bearbeitet werden knnen und mssen.
Abbildungen: Vorderseite und Rckseite eines Modells

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Die Ergebnisse waren unterschiedlich. Es wurden sehr einfache, aber auch komplexe Modelle

entworfen. Einige Modelle sind ohne Sttzmaterial nicht druckbar. Deshalb sollte man die

Voraussetzungen fr den Druck mit den Schlerinnen und Schlern besprechen.

Testweise wurde ein Modell gedruckt.

Man erkennt, dass die Formgebung der

Figur nur schlecht ablesbar ist. Dies ist der

Gre des Druckobjekts geschuldet, das nur

4 Zentimeter hoch ist. So gehen viele Details

verloren, allerdings dauert der Druckvorgang

nur 25 Minuten. Diese Zeit kann man auch

im Unterricht einbauen.

Grundstzlich bestanden keine Schwie-

rigkeiten beim Import und Export. Diese

Abbildung: Ausdruck eines Alienkopfs. Die Augen sind schlitzartig geffnet. Die Gehirnmasse ist im Entwurf

lagen in der mangelnden Erfahrung der Schlerinnen und Schler mit der Software, da die Oberflche keiner blichen WindowsApplikation folgt und fehlende Kenntnisse in

Abbildung: Modell, vermutlich in falscher Darstellung am Bildschirm

deutlicher zu erkennen.

der Dateistruktur den Umgang erschwerten.

Interessanterweise haben zwei Schlerinnen mit koreanischem Migrationshintergrund ihre

Herkunftssprache als Benutzersprache ausgewhlt. Bentigten sie Hilfe von der Lehrperson, musste

zunchst auf Englisch gewechselt werden. Da den beiden Schlerinnen fachsprachliche Ausdrcke

auf Koreanisch fremd waren, wechselten sie im Verlauf auf Englisch zurck.

Insgesamt kamen die Schlerinnen und Schler mit der Modellierung zurecht. In der Einfhrung wurden die Werkzeuge der Software erlutert, weitergehende Optionen der Software wurden nicht verwendet. Die Funktion ,,Rckgngig" war jedoch sehr gefragt. Vieles basierte auf dem Prinzip Versuch und Irrtum.
Es standen zwei Browser zum Aufruf der Webseite zur Verfgung. Ein veralteter Browser zeigte leichte Inkompatibilitten und Fehler. Aufgrund der verschiedenen Systeme und Voraussetzungen kann nur angeraten werden, die Applikation im Vorfeld zu testen. Aktuelle Browserversionen sollten jedoch funktionieren.
Auf den Laptops war ein flssiges Arbeiten mglich. Die Arbeit mit ThinClients empfiehlt sich nicht.

Abbildung: Ein Ei-ClownHorror-Fisch?

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HANDREICHUNG 3D-Druck
Unterrichtsbeispiele zum digitalen Collagieren
Unterricht im Bereich des digitalen Collagierens ist aktuell noch mit Schwierigkeiten verbunden. Online-Datenbanken fr 3D-Modelle bieten reichlich Material zum kostenlosen Download, das i.d.R. von den Urhebern zur Nutzung freigegeben ist. Diese Dateien liegen in unterschiedlichen Dateiformaten vor, die sich teils erst nach dem Download als gepacktes Archiv und dem Entpacken beurteilen lassen. Neben dem Polygonnetz sind oft Informationen zur Oberflche enthalten, die die Darstellung fr Schlerinnen und Schler reizvoll erscheinen lassen, aber fr den 3D-Druck berflssig sind und von der Formgebung des Meshes ablenken. Ob das Polygonnetz berhaupt von der in der Schule verwendeten Software importiert werden kann, ob es ggf. durch FehlerkorrekturSoftware bis zur Druckfhigkeit weiterbearbeitet werden muss, lsst sich nur erproben.
So reizvoll die Aufgabenstellung auch erscheint, die mit der Bezeichnung ,,Mishmasch-Mesh" im Internetxlv dargeboten wird, so sehr ist in der Praxis zurzeit noch eine groe Frustrationstoleranz aufzubringen.
Design-Collage eines Schul-Awards (Jahrgang 9 bzw. 11)
Der Bereich der plastischen Gestaltung wird im Kunstunterricht der Sekundarstufe I am Gymnasium einbezogen, wenn die Kompetenzen in den inhaltlichen Schwerpunkten Form und Material ausgebildet werden. Hier erffnet der 3D-Druck neue Mglichkeiten fr den Unterricht erffnet. So kann handwerklich weniger gebten und damit oft weniger motivierten Schlerinnen und Schlern eine Mglichkeit erffnet werden, sich der plastischen Gestaltung auf anderem Wege zu widmen.
An der Schule, in der dieses Unterrichtsprojekt durchgefhrt wurde, wird seit mehr als 16 Jahren eine dreistndige Schuljahresabschlussfeier veranstaltet. Dort werden Schlerinnen und Schlern, die in unterschiedlichen Bereichen Bemerkenswertes geleistet haben, mit dem ,,HVK-Award" ausgezeichnet. Im vorliegenden Unterrichtsprojekt sollte fr jede der unterschiedlich ausgezeichneten Disziplinen ein eigener Award gestaltet werden. Es galt dabei, mglichst klar die jeweilige Disziplin der Preisverleihung zu verdeutlichen.
Gleichzeitig sollte ein fr alle Entwrfe identischer, mit dem Schullogo versehener Sockel in jedem Entwurf bercksichtigt werden. Hierzu fertigten die Schlerinnen und Schler Skizzen in Hauptansichten an.
Die Software SketchUp bot sich an, weil sie die Mglichkeit bietet, die in der Online-Datenbank ,,SketchUp-Warehouse" verfgbaren 3D-Modelle miteinander zu kombinieren. Als Ausgangsbedingung wurde festgelegt, dass das Designobjekt in eine quaderfrmige Verpackung mit quadratischem Grundma von 8 x 8 cm und 12 cm Hhe passt.
Bei der Durchfhrung ergaben sich in zweierlei Hinsicht Probleme. Zunchst erwies es sich als schwierig, ausgewhlte Gegenstnde miteinander in Verbindung zu bringen. Was aus einer Ansicht verbunden erschien, war aus anderer Perspektive als unverbunden zu erkennen. Der Entwurf muss stndig rotiert und die Mae sowie die Abbildung: Entwrfe eines Schul-Awards Raumbezge aus immer wieder neuen Blickwinkeln (Brde-Berufskolleg, Soest) berprft werden, was den Schlerinnen und Schlern unterschiedlich gelang.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Auch in einer zweiten Hinsicht ergaben sich Schwierigkeiten. Im Angebot des SketchUpWarehouse befinden sich viele Modelle, denen die dritte Dimension fehlt, sowie viele Dateien ohne geschlossene Oberflchen. Attraktiv wirken Objekte mit ,,Skins" in Farbe, die aber von der Formgebung ablenken.
Das Unterrichtsvorhaben wurde daraufhin abgebrochen und die Aufgabenstellung in einer hheren Jahrgangsstufe neu aufgegriffen.
Das folgende Unterrichtsvorhaben wurde im Fach Gestaltungstechnik in einer Fachoberschule fr Gestaltung durchgefhrt. Die Klasse bestand aus 29 Lernenden. Bezglich des Vorwissens brachten circa drei Viertel der Klasse Erfahrungen mit CAD-Software mit, jedoch hatte keiner der Lernenden Erfahrung mit dem 3D-Druck.
Die Unterrichtseinheit umfasste drei Doppelstunden von jeweils 90 Minuten. In der ersten Doppelstunde wurden die Schlerinnen und Schler allgemein mit dem 3D-Druck bekannt gemacht. Sie sahen einen Film dazu und recherchierten im Internet nach geeigneten Objekten. Anschlieend bearbeiteten die Lernenden die Aufgaben eines Tutorials der Software Tinkercad, indem sie die Objekte des Tutorials nachbauten. Die Software Tinkercad wurde von der Lehrperson gewhlt, da sie sich sehr gut als Einsteigerprogramm eignet. In der gleichen Unterrichtsstunde erfolgte auch der Arbeitsauftrag (siehe Anhang).
Ziel der Unterrichtseinheit war es, einen Pokal fr ein Schulturnier zu konstruieren, welcher dreidimensional gedruckt werden sollte. Die Vorgabe dabei war, einen Sockel fr den Pokal zu konstruieren und dabei eine Steckverbindung vorzusehen, durch die ein die Sportart symbolisierendes Oberteil aufgesteckt werden kann. Das Oberteil sollte aus einer Onlinedatenbank heruntergeladen werden, so dass die Lernenden diese nicht noch konstruieren mssen.
Der Auftrag der Konstruktion eines Pokals erfolgte im Rahmen der Unterrichtsreihe: ,, Ein Plakat fr unser Sportturnier". Die Schlerinnen und Schler hatten im Vorfeld Plakate fr das jhrlich an ihrer Schule stattfindende Sportturnier entworfen. Die Reihe sollte nun durch den Ausdruck eines Pokals abgeschlossen werden. Gleichzeitig kann der Pokals fr weitere Veranstaltungen genutzt werden. Auf den immer gleichen Sockel knnen je nach Veranstaltung verschiedene Pokale aufgesteckt werden.
In den folgenden beiden Unterrichtsstunden setzten die Schlerinnen und Schler ihre Entwrfe um. Dem Groteil der Lernenden fiel es leicht, sich in das Programm hineinzufinden. Einige Schlerinnen und Schler stellten sich als Experten heraus und halfen anderen bei Problemen. Generell besttigte sich, dass sich das Programm fr Einsteiger eignet, da sich die Schlerinnen und Schler schnell die Funktionsweise der Software angeeignet hatten. Abschlieend durften die Lernenden dem Druck beiwohnen.
Die verwendete Software wurde abschlieend evaluiert. Die Lernenden mussten Fragen beantworten wie ,,Was sind die Vorteile des Programms? Wie knnte man das Programm verbessern? Kennen Sie weitere Programme zum Modellentwurf fr den 3D-Druck?". Als Vorteile der Software nannten sie, dass das Programm schnell zu erlernen ist, leicht zu bedienen, und dass die Software die Objekte online speichert und man seine Konstruktionen nicht extern auf einem Speichermedium wie z.B. einem USB-Stick sichern muss. Des Weiteren gaben sie an, dass die Software bersichtlich ist, kostenfrei und Hotkey-Funktionen bietet. Kritisiert wurde, dass man nicht alle Dateiformate einfgen kann, nur eine eingeschrnkte Objektauswahl hat und dass nur wenige Feinheiten einzustellen sind. Auerdem fehle ein komplexes Men, um Figuren schneller ndern zu knnen. Generell sind Bemaungen schwierig. Aus Sicht der Lehrperson knnte man anschlieend weitere Projekte mit komplexerer Software umsetzen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck Einige Unterrichtsergebnisse von Schlerinnen und Schlern:
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Einige zustzliche Unterrichtsideen fr den 3-D-Druck speziell im Kunstunterricht
Spiel- und Sammelfiguren stellen (ebenso wie Sammelkarten) einen groen Markt fr Kinder und Erwachsene dar. Die Themen fr die Figuren entstammen den verschiedensten Comic- und FantasyWelten. Figuren aus z.B. StarWars, Anime-Figuren, SpongeBob und Superhelden sind ebenso vertreten wie Sportfiguren (Basketball, Fuball etc.).
Die folgenden Themen sind im Kunstunterricht der Sekundarstufe I denkbar:
1. Fantasy- oder Comic-Figuren jenseits von Kermit, Batman, Robocop, Pokmon, Anime und SpongeBob entwickeln. Didaktische Chancen:  Im Falle arbeitsteiligen Arbeitens entstehen verschiedenartige Figuren, die auf Wunsch reproduzierbar sind - ein zentrales Merkmal der digitalen Medien.  Im Unterricht knnen die oft gewaltverherrlichenden oder sexistischen Darstellungen reflektiert werden.  Kleinfiguren mit ausladenden Formen, z.B. Extremitten, sind in Ton nicht herstellbar.  Ein Comic-Projekt kann um eine Einheit zur dreidimensionalen Gestaltung erweitert werden.  Anschlieend knnten kurze Legetrick-Filme (Stop-Motion mithilfe z.B. einer iPad-App) erstellt werden.  Die Figuren knnen im Sinne der inszenierten Fotografie in eine gestaltete Bhne oder nicht speziell hergestellte Umrume eingesetzt und fotografiert werden.
2. Kleinlebewesen in Originalgre rekonstruieren Didaktische Chancen:  Das genaue Beobachten und Wahrnehmen der Grundstrukturen von Lebewesen wird geschult.  Filigrane Kleinfiguren sind in Ton nicht herstellbar.  Die Objekte knnen fr den Biologie-Unterricht genutzt werden.  Die Beschftigung mit den Kleinlebewesen (Spinnen, Fliegen, Insekten) ermglicht einen neuen Blick auf die Objekte.  Ein Zeichenprojekt kann den Grad der Abbildhaftigkeit thematisieren.
3. (Menschliche) Figuren auf geometrische Formen reduzieren  ,,Jedem seine Gliederpuppe!" Didaktische Chancen:  Verstndnis fr den Aufbau des menschlichen Krpers  Komplexitt auf Wesentliches reduzieren (Abstrahieren)  Proportionslehre anwenden bzw. Proportionsstudien betreiben  Im Anschluss oder zur Vorbereitung eines Unterrichtsvorhabens zur Personendarstellung (als Zeichnung oder Radierung)
4. Figur mit beweglichen Elementen  ,,Gliederpuppe ick hr dir trapsen" Didaktische Chancen und Hinweise:  Zusammenarbeit mit dem Fach Technik  Eine Bhne mit Accessoires gestalten und die Figur entsprechend des Themas platzieren  Inszenierte Fotos von Mini-Arrangements
5. Ausstattung eines Puppenhauses  ,,Playmobil 2.0" Didaktische Chancen und Hinweise:  Bau oder Nutzung eines bestehenden Puppenhauses  Mbeldesign und Innenraumdesign thematisieren  Ausstattung verschiedener Funktionsrume (Wohn-, Arbeits-, Schlaf-, Wellness-, Konferenzraum)  Eventuell die Zimmer im Stil verschiedener Epochen ausstatten  Mgliche Kriterien: Ergonomie, Vielfalt, Innovation, Funktionalitt
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HANDREICHUNG 3D-Druck
6. Figurengruppe im Raum - In Anlehnung an Alberto Giacometti oder Duane Hanson Didaktische Chancen und Hinweise:  Haltungen als Ausdruckstrger  Positionen variieren und damit Beziehungen (Nhe, Distanz, Ablehnung) darstellen  Mehransichtigkeit von Plastiken fotografisch dokumentieren  Grenzen der fotografischen Darstellungsfhigkeit von Plastiken aufzeigen, indem sinnvolle und das Arrangement verschleiernde Aufnahmen gemacht werden.
7. Ausstechformen gestalten - Jedes Pltzchen braucht eine Form! Didaktische Chancen und Hinweise:  Ggf. in Kooperation mit einem Schlerfirma-Projekt oder in Kooperation mit dem Fach Wirtschaft  Formen auf die Jahreszeit abstimmen oder Anlehnung an den Namen oder das Logo der Schule
8. Druckstock fr den Hoch- oder Tiefdruck - Der Drucker bernimmt den Radierstift und das Linolschnittmesser Didaktische Chancen und Hinweise:  Stempel knnen ohne Schnittwunden erstellt werden.  Fehler sind korrigierbar.  Feinste Linien, Formen und Muster sind machbar.
9. Weihnachtsbaumschmuck - Alles zwischen Sternen und Engeln ist mglich Didaktische Chancen und Hinweise:  Jede Schlerin bzw. jeder Schler trgt mit einem anderen Objekt zur Gesamtgestaltung bei.  Die verschieden Ergebnisse sind kombinierbar.
10. Mobile aus flchigen Objekten - Tierformen oder abstrakte Formen Didaktische Chancen und Hinweise:  Einstieg in den 3D-Druck fr die Orientierungsstufe  Abstraktion auf die Kontur  Ggf. in Anlehnung an Keith Haring
11. Schlsselanhnger - Verwechslungen ausgeschlossen Didaktische Chancen und Hinweise:  Individuelle Motive  Funktionalitt ist zu beachten: Haltbarkeit, se fr einen Schlsselbundring oder eine Metallkette.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Probleme beim Druck  Erste Lsungsanstze
Die Probleme, die beim Druck entstehen knnen, sind vielschichtig. Viele verschiedene Faktoren nehmen Einfluss auf den Druck. Im Internet gibt es bereits viele Anlaufstellen, die helfen, Probleme zu lokalisieren und zu beheben. Es dauert seine Zeit, insbesondere bei komplexen Druckmodellen, bevor man ein Gefhl fr das Gert und das verwendetet Material entwickelt.
Fr weitergehende Informationen und Hilfestellungen ist es sinnvoll, den Hersteller bzw. die Herstellerwebseite zu konsultieren. Jedes Modell hat seine Eigenheiten. Auch in Foren und auf Webseiten der 3D-Community ist es mglich, individuelle Hilfe zu erhalten.
Zu Beginn kommt es oft zu Problemen, denen man als Anfnger ratlos gegenbersteht. Visual troubleshooting guides bieten einen ersten einfachen Zugang zur Problemfindung. Beispiele fr solche Seiten finden sich bei einem norwegischen Drucker-Distributor oder auf den Seiten des RepRap-Projektsxlvi.
Hier nur ein grober berblick ber die am hufigsten vorkommenden Probleme:
Allgemeine Drucktipps
 Fr den Einstieg ist es sinnvoll, nur mit einem Filament-Material zu arbeiten, da die Eigenschaften leicht variieren. Das betrifft die Art des Filaments (ABS/PLA), aber auch Filamentsorten verschiedener Hersteller oder sogar Farben einer Filamentsorte.
 Der Standort des Druckers sollte nicht stndig wechseln, um ntige Kalibrierungen nicht mehrmals vornehmen zu mssen. Auch die Umwelteinflsse sollten konstant gehalten werden. So verhlt sich das Filament in der Abkhlungsphase in einem kalten Keller anders als auf einem warmen Dachboden oder in einem zugigen Flur.
 Es empfiehlt sich, immer nur einzelne Werte (Temperatur, Druckgeschwindigkeit, Materialdurch-fluss, etc.) zu ndern, um das Druckergebnis zu optimieren.
 Man sollte sich Zeit nehmen. Der Drucker muss erst aufheizen, bevor der Druck startet und man das Ergebnis sieht. Sofern die ersten Lagen korrekt gedruckt wurden, ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Druck korrekt durchluft, stark gestiegen. Erst dann sollte man den Raum verlassen.
 Man sollte so wenig Masse wie mglich in dem Modell verwenden. Das reduziert die Druckzeit. Die Drucksoftware bietet Mglichkeiten, Hohlrume mit Sttzmaterial zu fllen.
 Speziell fr die Schule: Versprechen Sie Ihren Schlerinnen und Schlern nichts. Man sollte mit ihnen die Technik besprechen, aber auch deutlich machen, dass es viel Zeit und Experimentierfreude bentigt, und ein Druck auch fehlschlagen kann. Sie reagieren dann mit viel Verstndnis. In bestimmten Gruppen kann eine Fehlersuche andererseits auch motivierend wirken.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Auswahl klassischer Druckprobleme
 Warping
Unter Warping versteht man ein Verziehen der Form, vor allem das Hochziehen/Wlben der Ecken, sofern das Filament zu schnell erkaltet. Abhilfe besteht in der Verwendung eines beheizten Druckbetts oder der Verwendung von Mitteln zu besseren Haftung auf dem Druckbett (spezielles Tapeband, Klebeband, Haarspray, Kleber, etc.). Im Rahmen von Testdrucken konnte ein zu kaltes Zimmer bzw. die Zugluft als Verursacher ausgemacht werden. Des Weiteren sollte das Druckbett gereinigt sein. Man kann auch Konstruktionsnderungen vornehmen, um Spannungen vorzubeugen. Manche Drucksoftware untersttzt auch Hilfsmittel, wie bspw. einen Rand oder Sockel unter das Modell zu drucken.
 Das Filament stockt oder wird nicht flssig aus der Dse gedrckt
Hier knnen viele Faktoren das Problem verursachen. Zunchst einmal sollte man das Filament bzw. den Motor, der das Filament einzieht, untersuchen. Es kann passieren, dass der Motor sich zu tief in das Filament eingrbt, weil es sich beispielsweise auf der Rolle verhakt hat. Man spricht hier von Filament grinding. Man findet entsprechende Spuren auf dem Filament. Des Weiteren sollte man prfen, ob die Temperatur der Dse korrekt eingestellt ist. Ist diese zu kalt, kann das Filament nicht schnell genug schmelzen. Evtl. ist auch das Heizelement oder der Temperatursensor defekt. blicherweise ist jedoch die Dse verstopft und sollte gereinigt bzw. ersetzt werden (Herstellerangaben beachten! Oft gibt es auch Alternativlsungen aus der Community). Die Dse ist ein Verschleiteil und muss irgendwann ersetzt werden.
 Das Filament haftet nicht auf dem Druckbett
Auch hier sollte man auf ein sauberes Druckbett achten und Hilfsmittel zur besseren Haftung austesten (siehe Warping). Auerdem sollte darauf geachtet werden, dass das Druckbett korrekt kalibriert wurde. Die Dse drckt das Filament immer leicht auf die untere Filamentlage bzw. auf das Druckbett. Sollte der Abstand zu gro sein, ist der Druck, den die Dse ausbt, nicht gro genug.
 Skipped Layer
Unter Skipped Layer versteht man Lcken, die beim Drucken in der horizontalen Ebene entstehen knnen. Es sieht so aus, als htte der Drucker eine Lage des Filaments teilweise oder ganz vergessen. Probleme knnen beispielsweise bei der Extrusion, also dem Herausdrcken des Filaments aus der Dse, entstehen. Das kann an einer zu kalten Dse liegen, als auch an einem Filament grindig. Die Dse kann aber auch verstopft sein. Zudem kann auch in den Einstellungen ein zu niedriger Extrusionswert eingestellt sein, oder es gibt Probleme mit dem Motor, der die Z-Achse steuert. Ebenso ist es mglich, dass die Z-Achse gefettet/gelt werden muss, damit der Druckkopf bzw. das Druckbett gleichmig laufen kann. Die meisten Probleme, die bei Testdrucken entstanden, waren auf mangelhafte Kalibrierungen zurckzufhren.
Diese kleine Auswahl ersetzt nicht die intensive Beschftigung mit der Thematik. Das ist sicherlich einer der Punkte, die den 3D-Druck so zeitintensiv, aber auch interessant machen.
Nachbearbeitung der Modelle Die Notwendigkeit eines Feinschliffs nach dem Ausdruck wurde bereits im Kapitel Grundlagen dargestellt. Hier sei noch einmal darauf verwiesen, dass erforderliche Nacharbeiten darin bestehen knnen, Sttzstrukturen zu beseitigen, Oberflchen zu gltten und einzeln gedruckte Teile zusammenzukleben. Gestaltungsmglichkeiten bieten sich auch im Bereich der Farbe.
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Polygonfehler

Im Kapitel ,,Vom Scan zum Ausdruck" wurde bereits ber die vielen Arbeitsschritte berichtet, die Scandaten zu Druckdaten von 3D-Modellen durchlaufen mssen. Auch downgeloadte InternetDateien sollten auf Fehler berprft werden. Fehlerhafte Polygonnetze (Meshes) knnen Druckfehler verursachen. Hier eine Auswahl der hufigsten Fehler.

 Modell nicht geschlossen (,,wasserdicht")
Gemeint ist, dass alle Punkte in dem Model miteinander verbunden sind. Gibt es eventuell winzige Lcher oder einen Verschnitt? Fr den 3D-Druck mssen alle Punkte und Linien miteinander verbunden sein, damit das Modell ein komplett "geschlossenes Mesh" bildet.

 Bad edge
Bad edges sind Lcher, die entstehen, wenn zwei Polygone keine
gemeinsame Kante haben.

 Non-manifold edges (Objekt ,,nicht-mannigfaltig")
Eine Flche wird nicht-mannigfaltig, wenn diese eine Kante hat, die fr mehr als zwei Flchen eine Kante ist. Dies kann der 3D-Drucker nicht verarbeiten.

Abbildung: bad edge

 Flchen nicht richtig ausgerichtet
3D Objekte bestehen aus vielen Flchen. Alle Flchen haben eine Innen- und eine Auenseite. Die Auenseiten mssen wirklich nach auen zeigen. Die sogenannten "Normalen" der Flchen des Objekts sollten somit alle in die richtige Richtung zeigen. Wenn das Objekt Flchen hat, deren Normalen invertiert sind, dann kann ein 3D-Drucker oft nicht feststellen, welche Seite die Auenseite (oder die Innenseite) des Objekts ist.

 Duplicate lines or faces
In einem Mesh knnen Raumkrper sich gegenseitig durchdringen. Solche doppelt oder redundant definierten Bereiche sind unntig und sollten beseitigt werden.

Besonders problematisch sind Flchen, welche eigentlich zusammen einen dreidimensionalen Krper bilden sollten, sich stattdessen aber gegenseitig durchdringen (,,triangles cutting each other")

Abbildung: Duplicate faces

Abbildung: triangles cutting each other

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Anhang Beispiel der Arbeitsschritte bei der Konstruktion eines 3D-Modells

1. Der Zeichenraum:

Der dreidimensionale Zeichenraum ist ein kartesisches Koordinatensystem. Er beinhaltet drei senkrecht aufeinander stehende Zeichenebenen. An dem Schnittpunkt der Ebenen befindet sich der Koordinaten Ursprung.

2. Modellierung einer Tasse: Variante 1: Addition und Subtraktion von geometrischen Formen
Auswahl der Zeichenebene

Zeichnen der Grundflche eines Kreis mit 650mm Durchmesser
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Extrudieren der Grundform Austragen des Zylinders

Modellierung des Griffs Zeichnen der rechteckigen Grundflche mit einer Breite von 100 mm und einer Hhe 500 mm
Austragen des Rechtecks

Zeichnen der Innenflche und Subtraktion eines Zylinders fr den Tasseninhalt
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HANDREICHUNG 3D-Druck Subtraktion der Griffaussparung Verrundung der Kanten
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Variante 2 Rotation von Freiformflchen (B-Splines)

Zeichnen der Freiformflche

Rotation der Flche um die Mittelachse Zeichnen des Profils und des Pfades
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HANDREICHUNG 3D-Druck Gefhrte Austragung des Griffs
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HANDREICHUNG 3D-Druck Workshop Entwurf eines Einkaufswagenchips
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HANDREICHUNG 3D-Druck
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HANDREICHUNG 3D-Druck
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Der individuelle Entwurf eines Einkaufswagenchips eignet sich als Einstiegsaufgabe. Abbildungen: Unterrichtsergebnisse von Schlerinnen und Schlern
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Exemplarische Arbeitsauftrge fr 3D-Projekte
HILFE!!! Roboter erobern das Einhard! Zum Glck sind sie klein...
Menschen schwimmen durch Pftzen, kmpfen gegen Insekten oder werden von Zigaretten erschlagen. Wie das sein kann? Der Streetart-Knstler Slinkachu hat durch Fotografien seiner Arbeiten Berhmtheit erlangt, in denen er kleine Modellfiguren in typische Stadtlandschaften setzt und damit gewohnte Grenverhltnisse verndert.

Eure Aufgabe besteht darin, kleine Roboter auf das Einhard loszulassen!

Abbildung: pixabay

Geht dazu in folgenden Schritten vor:

1) Fertigt Skizzen eines Roboters an, dessen Aufbau auf geometrischen Figuren beruht. Erarbeitet weiterhin ein Konzept, in welcher Position/Haltung ihr den Roboter spter fotografieren mchtet.

2) Setzt die strkste Skizze am PC als Entwurf fr einen 3D-Druck aus. Beachtet dabei die Allansichtigkeit der Figur und die Krperhaltung. Die Mae der Figur sollen 40x80x120 mm nicht berschreiten.

3) Platziert den Roboter im Schulgebude und inszeniert eine Szene zum Thema. Gerne drft ihr den Roboter mit Requisiten ergnzen. Recherchiert im Internet zu den Streetart-Knstlern Slinkachu und Anton Tang und deren Arbeiten, um Merkmale einer guten fotografischen Inszenierung festzustellen.

Viel Spa!

Abbildung: pixabay
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Schmuckdesign aus dem Drucker!

Bildet eine 3er-Gruppe und bearbeitet die folgende Aufgabe:

,,form follows fantasy and emotion"  Schmuckdesign

Die Herausforderung ist es, ein tragbares Schmuckstck (Ring, Ohrring, Armband, Kette oder Schlsselanhnger) aus geometrischen Formen zu designen.

Geht dazu in folgenden Schritten vor:

1) Erschliet euch zunchst die Funktionsweise der Software, indem ihr einfache geometrische Krper zu Schmuckstcken zusammensetzt (diese mssen hinsichtlich des Designs nicht durchdacht sein und werden auch nicht bewertet).

Abbildung: pixabay

2) Recherchiert im Internet zu Schmuck aus geometrischen Formgebilden und gedrucktem Schmuck. Jeder in der Gruppe hlt die Ergebnisse der Recherche im Artbook fest und entwirft zeichnerisch eine Skizze des Schmuckstcks im Artbook, welche dem Grundsatz ,,form follows fantasy and emotion" folgt.

3) Setzt die geeignetste Skizze der Gruppe am PC als Entwurf fr einen 3D-Druck um. Beachtet dabei die Allansichtigkeit des Objektes und die Herausforderung, es aus geometrischen Formen zu bilden. Auerdem msst ihr es an die Mae des menschlichen Krpers anpassen.

1. Hinweis: Euer Schmuckstck kann als Ganzes gedruckt werden (Ring, Anhnger) oder in Form mehrerer kleiner Teile (Kette, Armband, Ohrring). Im zweiten Fall knnen die ausgedruckten Einzelteile spter ber eine Kette oder Aufhngungen verbunden werden.

4) Platziert den Schmuck an einem Model, haltet dies fotografisch fest und gestaltet einen Werbetext zum Produkt.
2. Hinweis: Es wird eine Dokumentation der gesamten Arbeit im Artbook erwartet, d.h. neben Recherche und Skizze sollen auch die Vorgehensweise beim Design, eventuelle nderungen/Probleme, eine kritische Bewertung des Endproduktes und die Werbung zum Produkt von jedem Gruppenmitglied schriftlich festgehalten werden.

Viel Spa und Erfolg!

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HANDREICHUNG 3D-Druck
Mbeldesign aus dem Drucker!
Bildet eine 3er-Gruppe und bearbeitet die folgende Aufgabe:
,,form follows function"  Mbeldesign
Die Herausforderung ist es, den Prototyp eines Mbelstcks (Tisch oder Stuhl) aus geometrischen Formen im Mastab 1:20 zu designen.
Geht dazu in folgenden Schritten vor:
1) Erschliet euch zunchst die Funktionsweise Abbildung: pixabay der Software, indem ihr einfache geometrische Krper zu Mbelstcken zusammensetzt (diese mssen hinsichtlich des Designs nicht durchdacht sein und werden auch nicht bewertet).
2) Recherchiert im Internet zu Mbeln aus geometrischen Formgebilden und gedruckten Mbeln. Jeder in der Gruppe hlt die Ergebnisse der Recherche im Artbook fest und entwirft zeichnerisch eine Skizze des Mbelstcks im Artbook, welche dem Grundsatz ,,form follows function" folgt.
3) Setzt die geeignetste Skizze der Gruppe am PC als Entwurf fr einen 3D-Druck um. Beachtet dabei die Allansichtigkeit des Objektes und die Herausforderung, es aus geometrischen Formen zu bilden. Auerdem msst ihr den Mastab einhalten.
1. Hinweis: Den Mastab berechnet ihr, indem ihr jede Lnge des wirklichen Produkts durch 20 teilt. Beachtet auerdem, dass ihr fr den Druck Sttzmaterial einfgen knnt.
4) Fertigt eine Zeichnung des Mbelstcks als ,,fertiges" Produkt an (Farbe, Stofflichkeit) und bewerbt es in einem Werbeplakat.
2. Hinweis: Es wird eine Dokumentation der gesamten Arbeit im Artbook erwartet, d.h. neben Recherche und Skizze sollen auch die Vorgehensweise beim Design, eventuelle nderungen/Probleme, eine kritische Bewertung des Endproduktes und die Werbung zum Produkt von jedem Gruppenmitglied schriftlich festgehalten werden.
Viel Spa und Erfolg!
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Umgestaltung des ,,Zig Zag Stuhls"

Bilden Sie Zweiergruppen und bearbeiten Sie die folgende Aufgabe:
Gegeben ist der Zig Zag Stuhl von Gerrit Rietveld. Dieses Mbel soll unter der folgenden Thematik umgestaltet werden: Zig Zag fr einen Knig. Das heit, Sie bearbeiten den gegebenen Stuhl so, dass er fr einen Knig ein angemessenes Sitzmbel darstellt (egal fr welche Funktion, z.B. Thron, Tischstuhl, WC).
Arbeitsschritte: Gehen Sie wie folgt vor:
1. Erschlieen Sie sich zunchst die Software und schauen sich anschlieend das Tutorial an. Bauen Sie den gegebenen Gegenstand des Tutorials nach, um die Funktionsweise der Software besser zu verstehen.
2. Stellen Sie nun berlegungen zur Vernderung des Zig Zags Stuhls an und skizzieren Sie diese. 3. Setzen Sie Ihre Entwrfe am Rechner um.

Allgemeine Informationen zum ,,Zig Zag Stuhl"
Rietveld entwarf den aus Ulme gefertigten Stuhl zwischen 1932 und 1934. Er hat eine Hhe von 75cm, eine Breite von 37 cm und eine Tiefe von 44,5 cm. Die Sitzhhe des Zig Zag Stuhls betrgt 42,5 cm. Das Material wird durch Messingschrauben zusammengehalten. Zustzlich befinden sich Schwalbenschwanzverbindungen zwischen der Sitz- und Rckenflche. Hlzerne Keile, die zwischen den spitzen Winkeln des Stuhles sitzen, stabilisieren den Stuhl. Gerrit Rietvelds Ziel war, mit dem Stuhl eine funktionale Form zu erschaffen, welche den Raum nicht verstellt.
Der heutige Produzent des Zig Zag Stuhls ist die Firma Cassina, die 1971 das Recht erwarb, alle Mbelentwrfe Rietvelds herzustellen.xlvii
Viel Erfolg!

Abbildung: Rietveld-Stuhl (Foto: Wikimedia)

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HANDREICHUNG 3D-Druck
Design von Kickerfiguren
Aufgabe: Konstruieren Sie mit Hilfe eines CAD-Programms eine Tischkicker-Figur. Sie knnen die Figur individuell gestalten. Ihre Funktion in einem Tischkicker-Spiel darf dadurch nicht eingeschrnkt sein. Die Figur soll folgende Hauptmae besitzen: Stangendurchmesser 16 mm, Abstand Stangenmitte-Fuunterkante 71 mm, Abstand Stangenmitte-Kopfoberkante maximal 42 mm und Fubreite 23 mm.
Viel Erfolg!
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Designcollage Schulaward

Aufgabe: Entwerfen Sie das 3D-Modell eines Schulawards, der Collageelemente aus dem Internet und selbst entworfene Elemente kombiniert.

Erluterung: Jhrlich findet an unserem Berufskolleg ein Sportturnier in den Sportarten Vlkerball, Fuball und Volleyball statt. Dafr suchen wir Pokale.

Der Schulaward, den Sie entwerfen, besteht aus einem Pokal

und einem Sockel.

Der Sockel: Ein Teil der Aufgabe besteht darin, einen Sockel

zu designen, welcher durch verschiedene Aufstze fr mehrere

Sportarten genutzt werden kann. Vorgabe ist, dass am dem

Sockel deutlich unser Berufskolleg erkennbar wird (z.B. durch einen Schriftzug, das Logo der Schule etc.). Wichtig ist, dass Sie

Abbildung: pixabay

in den Sockel eine Steckverbindung fr den Pokal einbauen.

Der Pokal: Ihre Rechercheaufgabe besteht darin, passend zur jeweiligen Sportart fertige 3D-

Modelle von einer Online-Datenbank auszuwhlen und herunterzuladen (z.B. einen Fuball, welcher

schon dreidimensional erstellt wurde), die sie dann weiterbearbeiten knnen, indem sie sie mit

eigenen Elementen kombinieren. Der Pokal soll auf den von Ihnen erstellten Fu aufgesteckt werden.

Dementsprechend mssen Sie fr das heruntergeladene Objekt eine passende Steckverbindung

konstruieren.

Arbeitsschritte: Gehen Sie in den folgenden Schritten vor: 1. Erschlieen Sie sich zunchst die Software, indem Sie den gegebenen Gegenstand des Turorials nachbauen.
2. Recherchieren Sie im Internet diverse Modelle fr Sportpokale und machen Sie sich in Einzelarbeit Skizzen fr Ihren Entwurf.
3. Diskutieren Sie die Skizzen in Dreiergruppen! Setzen Sie die fr die Lsung der Aufgabe geeignetste Skizze Ihres Teams am Rechner fr den 3D-Druck um.

Hinweis: Es wird eine Zusammenstellung der gesamten Arbeit in Ihrem Skizzenbuch erwartet, d.h. neben Recherche und Skizze sollen auch die Vorgehensweise beim Design, eventuelle nderungen/Probleme und eine kritische Bewertung des Endproduktes schriftlich und in Skizzen festgehalten werden.

Viel Erfolg!
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Glossar an Fachbegriffen zum 3D-Druck
ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat, ein synthetisches Terpolymer, das beim 3D-Druck als Druckmaterial zum Einsatz kommt.
Add-ons Ein Add-on ist ein Modul, welches die bestehende Hard- oder Software erweitert.
Autodesk Lizenz Autodesk ist ein US-amerikanisches Software-Unternehmen fr digitales 2D- und 3DDesign.Verbraucher knnen hier Lizenzen fr CAD-Software erhalten.
Bridging Das berspannen von leerem Raume oder Drucken ins "nichts", bei 3D Druckern als Funktion vorgesehen, einstellbar in der Drucksoftware.
CAD Unter CAD (von engl. computer-aided design) versteht man das Konstruieren eines Produkts mittels eines Computers.
Chassis Grundgerst bzw. Rahmen eines Objektes.
CNC Computerized Numerical Control (CNC) bezeichnet ein elektronisches Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen, welche auch CNC-Maschinen genannt werden.
Digital Light Processing 3D-Drucktechnik, bei der mit Licht gearbeitet wird.
Distribution Vertrieb
Druckerdse Teil eines Tintenstrahldruckers. durch den die Tinte auf das Papier geschossen wird. Kommt auch im 3D-Druck zum Einsatz, verdruckt dabei jedoch flssiges Bindemittel.
Drucksoftware Die im Begleitmaterial des Druckers mitgelieferte Drucksoftware erledigt mehrere Aufgaben, die fr den Druck notwendig sind. In der Praxis lassen sich diese Aufgaben nicht immer voneinander abgrenzen.  Analyse des STL-Modells auf Druckprobleme, teils auch Einfgen von Sttzmaterial bei
berhngen.  Slicing (s.u.)  Erstellung von Steuerdaten fr den Drucker, die den Druckkopf steuern (auch bekannt als G-
Code, s.u.).
Emission ,,Aussto", Aussendung von Strfaktoren in die Umwelt
Epoxidharz Kunstharz, das zum Kleben und zum 3D-Drucken verwendet wird und nach dem Trocknen auerordentlich hart ist.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Extruder Tell eines FDM-3D-Druckers, das das zu verdruckende Material auftrgt. Wird auch oft als Hotend bezeichnet.
Fabbing Herstellung eines Produkts am Ort seines Bedarfs.
Fab Labs Offene Werksttten mit dem Ziel, Privatpersonen den Zugang zu Produktionsmitteln und modernen industriellen Produktionsverfahren fr Einzelstcke zu ermglichen.
FDM- bzw. FFF-Verfahren FDM, Abkrzung fr ,,Fused Deposition Modelling" und FFF fr ,,Fused Filament Fabrication", zwei Bezeichnungen fr dasselbe 3D-Druckverfahren der Schmelzschichtung. Dies ist ein weitverbreitetes Verfahren, bei dem ein Werkstck schichtweise aus einem schmelzfhigen Kunststoff aufgebaut wird.
Filament Kunststoffdraht, der als zu verdruckendes Material im FDM- bzw. FFF-Druckverfahren verwendet wird.
Filament-grinding Es kann passieren, dass die Transportrolle fr den Filamentvorschub sich zu tief in den Filamentfaden eingrbt, weil er sich beispielsweise auf der Rolle verhakt hat. Man findet entsprechende Spuren auf dem Filament.
G-Code Spezieller Code (bzw. Befehlsliste), mit dem 3D-Drucker gesteuert werden. Vergleichbar mit Postscript.
Hotend Heie Spitze eines 3D-Druckers, aus dem das Filament austritt, wird auch oft Extruder genannt.
Konvertierung Wandeln eines Dateiformats in ein anderes Dateiformat.
Laminated Object Manufacturing 3D-Druckverfahren. Die Form wird aus Kunststoffschichten aufgebaut. Jede neue Schicht wird auf die vorhandene Schicht laminiert und dann die Kontur geschnitten, bevor die nchste Schicht aufgebracht wird.
Maker Betreiber von Fabbing (s.o.) mit Anteilen eigener Erfindungen.
Mesh Polygonnetz zur Darstellung einer dreidimensionalen Objektoberflche. Ein Meshobjekt besteht aus Kontrollpunkten (Vertices), zwischen denen Linien (Edges) aufgespannt sind. Zwischen den Linien sind Flchen (Faces) aufgespannt. Diese Flchen werden am Bildschirm sichtbar gemacht (gerendert).
Modelling Toolset Funktionsumfang eines 3D-Programms, das dem 3D-Modellieren von Objekten dient.
Non-Manifold Edges (Nicht-Mannigfaltigkeit) Typischer Fehler von 3D-Scans, der zu Druckfehlern fhrt: falsch ausgerichtete Kanten im Polygonnetz.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
NURBS Abkrzung fr ,,Non-Uniform Rational B-Splines", sind Kurven, die mathematisch przise definiert werden knnen, wodurch auch die Erstellung von ebenso przise definierbaren Flchen zwischen den Kurven mglich wird.
Open Source Software, deren Quellcode frei zugnglich ist und die sich unter gewissen Bedingungen ohne weitere Kosten verwenden lsst.
Perimeter Wandstrke eines hohlen oder mit Fllung gedruckten Objekts.
Photopolymere Lichtempfindliches Kunstharz.
PLA Polyactide oder Polymilchsuren, Abkrzung fr ,,Polilactic Acid". Thermoplastischer Biokunststoff, der derzeit der am meisten verwendete Kunststoff im Bereich der FDM- bzw. FFF-3D-Drucker.
Plotter Zeichengert bzw. Alternative zum Drucker zur Nutzung mit dem Computer, das auf zwei bewegliche Achsen und darauf montierten Stiften basiert. Wird speziell fr die Darstellung groformatiger Plne oder Konstruktionszeichnungen verwendet.
Plug-in Ergnzungsprogramm, das die Funktionalitt einer Softwareanwendung erweitern kann.
Polygonnetz Aufbau eines virtuellen 3D-Obiekts als Konstrukt aus einer Vielzahl von Polygonen. Ein Polygon ist eine geometrische Figur, die man erhlt, indem man mindestens drei voneinander verschiedene Punkte in einer Zeichenebene miteinander verbindet, sodass durch den entstandenen Linienzug (Polygonzug) eine Flche umschlossen wird.
Polymer Spezielles Kunstharz.
Prototyp Versuchsmodell fr ein neues Gert oder ein anderes Objekt.
Prototyping Herstellung eines Prototyps.
Rapid Manufacturing Serienproduktion auf Rapid-Prototyping-Maschinen bzw. 3D-Druckern.
Rapid Prototyping Herstellung von Prototypen mit 3D-Druckern.
Raft Netz, das zuerst auf das Bett gedruckt wird, worauf das Modell zur besseren Haftung gedruckt wird.
Remeshing Neuerzeugen eines bestehendes 3D-Obiekts mit einer verbesserten Struktur.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Sculpting Spezielle Technik des 3D-Modellierens, die das abtragende Verfahren der Bildhauerei simuliert.
Slicer Programm, das Modelle fr den Druck aufbereitet, in dem es sie in Schichten aufteilt. Diese Schichten reprsentieren die einzelnen Drucklagen, die der Drucker spter auf der Druckplatte auftrgt.
Slicing Vorgang des schichtweisen Zerlegens eines 3D-Obiekts in Vorbereitung auf den 3D-Druck.
Solid Im Unterschied zum Mesh sind beim Solid die Oberflchen geschlossen. Daher werden sie in entsprechend festgelegten Materialien und mit angegebenen Farben dargestellt.
Solid Surface Spezielle Art von 3D-Modellen, die nicht durch Polygone, sondern durch NURBS gebildet werden.
Skalierung nderung der Gre.
STL-Format Die STL-Schnittstelle (Surface Tesselation Language) ist eine Standardschnittstelle vieler CADSysteme. Sie stellt geometrische Informationen dreidimensionaler Datenmodelle bereit.
Sttzstrukturen (auch als Supportmaterial bezeichnet) Strukturen, die beim 3D-Druck verwendet werden, um frei hngende Strukturen an 3D-Obiekten drucken zu knnen.
Subdivisionsoberflchen Geometrien, die ausschlielich aus viereckigen Polygonen bestehen und daher immer wieder unterteilt werden knnen.
Subtraktionskrper Ergebnis einer Operation, bei der zwei Objekte miteinander verbunden werden und dann eines vom anderen abgezogen wird.
Topografie Struktur einer Oberflche.
berhnge Typisches Problem beim 3D-Druck im FDM- bzw. FFF-Verfahren. Damit vorkragende Bauteile und Schrgen von mehr als 45 druckbar sind, mssen oft Sttzstrukturen (s.o.) eingeplant werden (vgl. Bridging).
Vacuumkammer Kammer, die zu 3D-Druckzwecken luftleer gesogen werden kann.
Vertex, (Plural: Vertices) Kontrollpunkte, aus denen Polygone und Polygonkanten gebildet werden knnen.
Warping Formverzug durch thermische Spannungen beim Erkalten des Filaments whrend des Druckvorgangs.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Wichtige Links und Adressen
Wichtige Internet-Prsenzen: - Online-Magazin zum 3D-Druck: 3Druck.com https://3druck.com/ - Wiki zu open-source-3D-Druckern: http://reprap.org/wiki/RepRap/de (RepRap.org ist ein
Projekt von Adrian Bowyer. Er entwickelte einen 3D-Drucker, der seine Teile selbst replizieren kann. Somit ist es mglich, nur mit Hilfe eines RepRap Druckers, weitere RepRaps zu konstruieren. - Open Source Projekte im 3D-Druck: http://opensourceecology.org/ - Kommerzielle deutsche 3D-Druck-Dienstleister: https://3druck.com/dienstleister/ - Kommerzielle 3D-Druck-Dienstleister weltweit: https://www.3dhubs.com/ - bersicht Software zur Meshreparatur http://meshrepair.org/
Adressen von FabLabs und offenen Werksttten - zdi-Partnernetzwerke: http://www.zdi-portal.de/ - Verbund offener Werksttten: http://www.offene-werkstaetten.org/ - Liste von FabLabs: http://wiki.fablab.is/wiki/Main_Page oder https://3druck.com/labs - Liste von FabLabs bei Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/FabLab%E2%80%99Liste_von-
Fablabs
Online-Datenbanken fr 3D-Modelle: - 123D, http://www.123dapp.com/Gallery/content/all - 3D Part Source, https://3dpartsource.com/ - 3DTin http://www.3dtin.com/ - 3D-Warehouse, https://3dwarehouse.sketchup.com - Blendswap, http://www.blendswap.com/ - Endless Forms, http://endlessforms.com/ - Freebie 3D Models http://tf3dm.com/3d-models/freebie - Grabcad, https://grabcad.com/ - M3D https://printm3d.com/downloads - Pinshape, https://pinshape.com - Sketchfab, https://sketchfab.com/ - TF3DM, http://tf3dm.com/ - Thingiverse, http://www.thingiverse.com/ - Traceparts, http://www.traceparts.com/de/ - Turbosquid, http://www.turbosquid.com/ - Viewshape, https://viewshape.com/ - Wamungo, http://www.wamungo.de/ - YouMagine, https://www.youmagine.com/
Suchmaschinen fr 3D-Modelle: - Yeggi http://www.yeggi.com/de/ - Yobi3D https://www.yobi3d.com/
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Anmerkungen
i Der Ausdruck ,,Fused Deposition Modeling" und seine Abkrzung FDM sind geschtzte Marken der Firma
Stratasys. Eine alternative Bezeichnung dieses Verfahrens lautet Fused Filament Fabrication (FFF) und wurde von
Mitgliedern des RepRap-Projektes geprgt, um einen markenrechtsfreien Wortgebrauch zu ermglichen. i Jean Piaget, zit. nach Marianne Franke, Didaktik der Geometrie, Berlin 3. Aufl. 2016 S. 93ff. iii Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/CAD. iv 3Druck.com ist ein Online-Magazin mit Informationen und Nachrichten ber 3D-Drucker. v Eine unfallgefahrminimierte Modellbaumaschine namens ,,PLAYMAT" kann in Betracht gezogen werden. vi In der Liste von Klebstoffen bekannter Hersteller werden Pattex Plastix, UHU Max Repair oder UHU Allplast fr
PLA empfohlen. vii Eine Aufstellung von Open Source Software im 3D-Bereich findet man unter http://opensourceecology.org/. viii Solid Edge Download unter https://www.plm.automation.siemens.com/de_at/. ix 123Design Download unter http://www.123dapp.com/design. x Erklrung zur Attribution-NonCommercial-ShareAlike-Lizenz http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/. xi Download Sketchup unter unter http://www.sketchup.com/de/download. xii Entstehungsgeschichte von Sketchup unter http://www.sketchup.com/de/about/sketchup-story. xiii Pro-Version fr Lehrkrfte unter http://www.sketchup.com/de/education. xiv Download OpenSCAD unter http://www.openscad.org. xv Heise-Webseite: http://www.heise.de/. xvi Download SCAD unter https://blockscad.einsteinsworkshop.com/. xvii Prezi-Webprsentation unter http://www.heise.de/make/artikel/Flaschenclip-mit-OpenSCAD-so-geht-s-
2696993.html xviii Online-Account von TinkerCad unter https://www.tinkercad.com/. xix Download ZBrush unter http://pixologic.com/zbrush/downloadcenter/. xx Download Sculptris ebenfalls unter http://pixologic.com/zbrush/downloadcenter/. xxi Online-Account von SculptGL unter http://stephaneginier.com/sculptgl/. xxii Download Blender unter https://www.blender.org. xxiii Download Netfabb unter http://www.netfabb.com/. xxiv Online-App unter https://netfabb.azurewebsites.net/. xxv Download Meshmixer unter http://www.meshmixer.com. xxvi Online-Hilfen unter http://www.meshmixer.com/help/index.html. xxvii Download MeshLab unter http://meshlab.sourceforge.net/. xxviii Download Slic3r unter http://slic3r.org/download. xxix Download OctoPrint unter http://octoprint.org/. xxx Download Repetier-Host unter https://www.repetier.com/. xxxi Download Cura unter https://ultimaker.com/en/products/cura-software. xxxii Liste der FabLabs unter http://wiki.fablab.is/wiki/Portal:Labs oder https://3druck.com/labs. xxxiii zdi-Portal unter http://www.zdi-portal.de/. xxxiv Liste an 3D-Druck-Dienstleistern unter https://www.3dhubs.com/ oder https://3druck.com/dienstleister/. xxxv Weitere Informationen zum RepRap-Druckerbausatz unter unter http://reprap.org/wiki/RepRap/de. xxxvi Online-Magazin 3Druck.com unter http://3druck.com. Vergleich der Filamente unter
http://3druck.com/lieferanten-haendler/fdm-3d-druck-abs-oder-pla-sind-die-unterschiede-2020380/. xxxvii Vergleich der Emissionen von 3D- und Laserdrucker unter
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231013005086. xxxviii RISU NRW unter http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/
materialeintrag.php?matId=4848&marker=Richtlinien. xxxix Lebensmittelechter Kunststoff fr 3D-Drucker unter: http://3druck.com/3d-druckmaterialien/pp-filament-
lebensmittelechter-kunststoff-fuer-3d-drucker-bei-german-reprap-erhaeltlich-5813999/. xl Download Octoprint unter http://www.octoprint.org. xli Download Repetier-Host unter https://www.repetier.com/. xlii Druckerherstellerlsung zur Druckberwachung z.B. unter http://support.3dverkstan.se/article/23-a-visual-
ultimaker-troubleshooting-guide. xliii Lehrplan Gestaltungstechnik unter
http://www.berufsbildung.nrw.de/cms/upload/_lehrplaene/d/gestaltungstechn-fos_40192.pdf, S.17, aufgerufen
am 15.03.2016 xliv Rietfeld-Stuhl unter http://www.design-museum.de/de/sammlung/100-masterpieces/detailseiten/zig-zag-gerrit-
thomas-rietveld.html, aufgerufen am 15.03.2016
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HANDREICHUNG 3D-Druck
xlv Vgl. http://www.heise.de/ct/ausgabe/2013-14-3D-Modelle-aus-Fundstuecken-collagieren-2319695.html. xlvi RepRap-Projekt unter http://reprap.org/wiki/RepRap/de. xlvii Vgl. http://www.design-museum.de/de/sammlung/100-masterpieces/detailseiten/zig-zag-gerrit-thomas-
rietveld.html, aufgerufen am 08.02.2016.
Abbildungsnachweis
Alle Grafiken, Fotos und Screenshots, die keinen Nachweis in der Bildunterschrift tragen, wurden von den Autoren der Handreichung erstellt. Das Copyright hlt QUA-LiS NRW.
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