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HANDREICHUNG 3D-Druck
Inhalt
Vorwort ............................................................................................................................................................ 3 Funktionsweise des 3D-Druck.......................................................................................................................... 4 Gesellschaftliche Zukunftsrelevanz.................................................................................................................. 4 Chancen f<>r die Schule .................................................................................................................................... 5 Didaktische und methodische Aspekte............................................................................................................ 6 Grundlagen <20> 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 <20>berwachung des Druckvorgangs ............................................................................................................. 38 Exemplarische Unterrichtsprojekte ............................................................................................................... 40 Unterrichtsbeispiele zum digitalen Konstruieren ...................................................................................... 40 Unterrichtsbeispiele zum digitalen Modellieren ....................................................................................... 49 Unterrichtsbeispiele zum digitalen Collagieren ......................................................................................... 51 Einige zus<75>tzliche Unterrichtsideen f<>r den 3-D-Druck speziell im Kunstunterricht................................. 54 Probleme beim Druck <20> Erste L<>sungsans<6E>tze .............................................................................................. 56 Anhang ........................................................................................................................................................... 59 Beispiel der Arbeitsschritte bei der Konstruktion eines 3D-Modells......................................................... 59 Workshop Entwurf eines Einkaufswagenchips .......................................................................................... 64 Exemplarische Arbeitsauftr<74>ge f<>r 3D-Projekte ........................................................................................ 67 Glossar an Fachbegriffen zum 3D-Druck.................................................................................................... 74 Wichtige Links und Adressen ..................................................................................................................... 78
Impressum
Qualit<EFBFBD>ts- und Unterst<73>tzungsAgentur <20> Landesinstitut f<>r 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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HANDREICHUNG 3D-Druck
Vorwort Digitales Lernen und Medienbildung spielen eine immer noch zunehmende Rolle in Schule und
Unterricht. Ein exponiertes Beispiel daf<61>r ist der 3D-Druck, von dessen Verbreitung tiefgreifende wirtschaftliche und soziale Ver<65>nderungen ausgehen werden und dessen M<>glichkeiten bereits heute den Unterricht in unterschiedlichen F<>chern bereichern k<>nnen.
Neue Medien sind kein Selbstzweck, sondern neue Werkzeuge im Lerngeschehen, deren Einsatz in ein p<>dagogisches Konzept eingebettet sein muss. In Nordrhein-Westfalen ist der Einsatz neuer Medien f<>cher<65>bergreifend in allen Lehrpl<70>nen integriert.
Die Handreichung ,,3D-Druck in der Schule" bietet Schulen f<>r ihren Einstieg in den Entwurf und Druck von 3D-Objekten Informationen und Orientierungspunkte. Der besondere Reiz des 3D-Drucks im Unterricht liegt in seiner f<>cher<65>bergreifenden Anwendbarkeit. Exemplarisch an den F<>chern Technik und Kunst wird in der Handreichung dargestellt, wie der Einsatz gelingen und welche Bereicherung f<>r 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 f<>r Schulen zur Unterst<73>tzung ihrer anspruchsvollen Aufgaben.
Ich w<>nsche allen, die mit dieser Handreichung und dem 3D-Druck arbeiten, gutes Gelingen und viel Erfolg!
Eugen Ludwig Egyptien Direktor Qualit<69>ts- und Unterst<73>tzungsAgentur <20> Landesinstitut f<>r Schule des Landes Nordrhein-Westfalen (QUA-LiS NRW)
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Funktionsweise des 3D-Druck
Die folgenden Ausf<73>hrungen beziehen sich auf das sogenannte FDM- bzw. FFF-Verfahreni mit handels<6C>blichen 3DDruckern. Diese Drucker besitzen i.d.R. eine beheizte D<>se, welche in drei Richtungen bewegt werden kann. Motoren bewegen den Druckkopf <20>ber einer Arbeitsplatte, w<>hrend die D<>se Kunststoff durch Erhitzen verfl<66>ssigt und Punkt f<>r Punkt auspresst. Dabei wird die D<>se Lage um Lage nach oben bewegt. Dadurch wird es m<>glich, dreidimensional zu drucken.
Je nach Modell des 3D-Druckers gibt es auch die Variante, dass die D<>se in der H<>he fix montiert ist und die Arbeitsplatte sich lagenweise nach unten bewegt.
Das Material, mit dem gedruckt wird und das als Filament bezeichnet wird, ist herk<72>mmlicher Kunststoff. Dabei unterscheidet man zurzeit zwischen ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und PLA (Polylactid). PLA gilt gemeinhin als ,,einsteigerfreundlich", da es weniger Erfahrung im Druck ben<65>tigt.
Gesellschaftliche Zukunftsrelevanz
Mit den stetig fallenden Preisen f<>r 3D-Drucker wird die gr<67><72>ere Verbreitung dieser Ger<65>te m<>glich. 3D-Druckern wird eine Zukunft prognostiziert, die f<>r bestimmte Produktbranchen tiefgreifende Ver<65>nderungen bedeuten: <20> Verlagerung des Produktionsorts, <20> bedarfsorientierte Anpassung des Produktionszeitraums und der Produktionsweise, <20> <20>nderungen in der Distribution bzw. Lagerung der Produkte und <20> Flexibilisierung in der Anpassung von Produktl<74>sungen 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 Gewerbefl<66>chen gebunden. Ger<65>te f<>r kleine Druckformate k<>nnen auf Schreibtischen stehen, die geringe Belastung der Umwelt mit L<>rm, Ger<65>chen oder Emissionen macht sie ortsunabh<62>ngig. Die Daten zur Steuerung des Druckvorgangs k<>nnen auf einem Datentr<74>ger wie z.B. einem USB-Stick transportiert oder <20>ber das Internet beschafft werden, sind also weltweit verf<72>gbar.
Die Herstellung von Erzeugnissen des 3D-Drucks kann im Produktionsablauf unmittelbar vor die Verwendung gelegt werden, Objekte wie z.B. Ersatzteile k<>nnen vom Endabnehmer zu Hause hergestellt werden.
Lagerung oder Transport entfallen weitgehend, da lediglich die Druckdaten transportiert werden m<>ssen. Selten nachgefragte Teile verursachen keine Lagerkosten mehr. Umgekehrt werden die Preise selten gefertigter Produkte langfristig sinken.
Nicht passgenaue Teile oder aus anderen Gr<47>nden notwendige Anpassungen werden nicht nachbearbeitet, sondern durch Korrektur der Druckdaten und erneuten Ausdruck nachgebessert.
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Beispielhafte Anwendungsbereiche: <20> Kleinere bis mittelgro<72>e Kunststoffprodukte werden in Kleinserien produziert. <20> Prototyping: Prototypen und Entwicklungsmodelle werden vor Beginn der Massenfertigung
erstellt. <20> Seltene Ersatzteile werden einzeln gefertigt. (Vgl. auch das oft zitierte Beispiel des
Handschellenschl<EFBFBD>ssels.) <20> Im Produktdesign werden Unikate und Kleinserien angefertigt. <20> Speziell Modedesign-Objekte (Schmuckobjekte, Accessoires, Kopfbedeckungen, Schuhe bis hin
zu Kleidern ...) werden im 3D-Druck produziert. <20> Bauteile f<>r den (Hobby-)Modellbau werden bereitgestellt. <20> Architekturmodelle und technische Modelle werden entworfen. <20> Kunstwerke (serielle Objekte, Plastiken, k<>nstlerisches Design) aus dem 3D-Druck erweitern die
k<EFBFBD>nstlerischen Medien. <20> Lebensmittel, z.B. Nudeln, Zucker oder Schokolade k<>nnen zubereitet werden. <20> Bauteile im Fahrzeugbau (Fahrrad, Auto) m<>ssen nicht bestellt werden, sondern k<>nnen vor Ort
erzeugt werden. <20> Module f<>r verschiedene den Druckraum <20>berschreitende Formate, k<>nnen einzeln gedruckt und
zu einem mehrteiligen Objekt zusammengef<65>gt werden <20> Bauelemente werden angefertigt, z.B. das oft zitierte, individuell geplante gedruckte Einfamilien-
haus (nur die Outlines der W<>nde, die dann mit Spezialbeton gef<65>llt werden). <20> Passgenaue Prothesen werden f<>r die medizinische Versorgung angefertigt, die auf 3D-Scans der
nachzuformenden K<>rperteile beruhen. <20> Neue Materialien, die verdruckt werden k<>nnen, erweitern die Einsatzm<7A>glichkeiten: Lebende
Gewebe (Tissue Engineering), Metalle, Baumaterialien wie Kunststeine. <20> Sogar Objekte aus selbst formenden Strukturen (z.B. in Ber<65>hrung mit Wasser) werden m<>glich.
Chancen f<>r die Schule
Die oben aufgef<65>hrten Aspekte bedeuten f<>r eine Schule, die f<>r die Arbeitsbedingungen der Zukunft offen sein will, schon heute eine Herausforderung. Der schulische Einsatz des 3D-Drucks beruht auf einer grundlegenden Voraussetzung: Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler entwerfen dreidimensionale Objekte am Rechner. Dabei k<>nnen <20> komplett neue 3D-Modelle entstehen, <20> vorhandene Modelle abgewandelt werden, <20> oder bereits bestehende eigene oder fremde Teilprodukte zusammengef<65>hrt werden.
Die Planungen werden umgesetzt, indem die Entw<74>rfe 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 k<>nnen, bewirkt eine hohe Motivation. Die physischen Qualit<69>ten des Objekts wie die Form, die Oberfl<66>chenbeschaffenheit 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, k<>nnen nun als dreidimensionales Modell oder Endprodukt erstellt werden. Bei traditionellen Fertigungsverfahren von Modellen und Objekten wie auch bei der plastischen Gestaltung sto<74>en die Korrekturen, die bei der Verwirklichung der Planung eines Produkts m<>glich 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 Ausf<73>hrungsvarianten k<>nnen durch die M<>glichkeit des ver<65>nderten Ausdruckens des Objekts thematisiert, evaluiert und korrigiert werden.
Dreidimensionale Modelle sind an Anschaulichkeit durch kaum ein anderes Medium zu <20>berbieten. Modelle unterst<73>tzen vor allem dann den Unterricht, wenn die technische Funktionsweise, die Dynamik des Geschehens oder die r<>umliche Anordnung im Vordergrund steht. F<>r die Anschaulichkeit von Lehrmodellen ist entscheidend, dass das technische oder gestalterische Problem, das im Zentrum steht, tats<74>chlich durch das Modell wiedergegeben wird. Anderenfalls wird die Vorstellungskraft der Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler <20>berfordert. Modelle sind durch ihre Anschaulichkeit ein Garant f<>r hohe Aufmerksamkeit der Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler und geben ihnen das sichere Gef<65>hl, praxisnah unterrichtet zu werden. Das einfache, detailgetreue Abbilden von Objekten durch den 3D-Druck bietet demnach f<>r die Mediendidaktik eine F<>lle neuer M<>glichkeiten.

Didaktische und methodische Aspekte

Die Arbeit an und die Auseinandersetzung mit 3D-Modellen kann zu verschiedenen Unterrichtszwecken eingesetzt werden. Allen gemeinsam ist die F<>rderung der Orientierung im dreidimensionalen Raum und des r<>umlichen Vorstellungsverm<72>gens. Nach Jean Piaget ist die Raumerfahrung ist ein zentraler F<>higkeitsbereich f<>r 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 unterst<73>tzt. Hier seien nur exemplarisch einige F<>cher und denkbare Einsatzgebiete genannt:

Mathematik <20>

Biologie <20>

Chemie

<EFBFBD>

Physik

<EFBFBD>

Geographie <20>

Sport

<EFBFBD>

Verl<EFBFBD>ufe von Graphen im dreidimensionalen Koordinatensystem Statische und dynamische Lehrmodelle in Zoologie und Botanik R<>umliche Struktur von Molek<65>len Mehrdimensionale Bewegungen, Astrophysik Dreidimensionale Modelle Dreidimensionale Bewegungsmodelle

F<EFBFBD>r viele schulische Lernsituationen, die in den Lehrpl<70>nen angelegt sind, bietet der dreidimensionale Ausdruck von Objekten eine Bereicherung, der den Unterricht um eine zus<75>tzliche Performanzsituation f<>r Kompetenzen erweitert. Der besondere Reiz des 3D-Drucks im Unterricht liegt u.a. in seiner f<>cher<65>bergreifenden Anwendbarkeit.

3D-Druck im Fach Kunst Die derzeit geltenden Kernlehrpl<70>ne f<>r das Fach Kunst sind kompetenzorientiert angelegt. Dies bedeutet eine prinzipielle Offenheit in den Gestaltungsbereichen, f<>r die auch der 3D-Druck in Betracht kommt. M<>glichkeiten 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 Kernlehrpl<70>ne Technik weisen diverse Inhaltsfelder auf, in denen 3D-Druck thematisiert werden kann. Fachliche Inhalte wie das Zeichnen in verschiedenen Ansichten und Perspektiven, die Bema<6D>ung oder das Lesen und Anfertigen technischer Zeichnungen werden sowohl h<>ndisch als auch mittels 3D-CAD-Zeichenprogrammen vermittelt. Prozessbezogene Kompetenzen wie das Weiterentwickeln des r<>umlichen Denkens, die Abstraktion vom Gegenstand zur Zeichnung und umgekehrt k<>nnen durch den Einsatz der 3D-Software und das Erstellen des entwickelten 3D-
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Objektes wesentlich einfacher erworben werben. Indem Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler ihre 3D-Objekte selbst entwickeln und produzieren k<>nnen, im Nachhinein deren Funktionalit<69>t erproben, bewerten und gegebenenfalls optimieren k<>nnen, erwerben sie darin Kompetenzen, Vorschl<68>ge zur Anfertigung realer, funktionaler Gegenst<73>nde zu erarbeiten und zu begr<67>nden.
3D-Druck im Fach Informatik Die Kernlehrpl<70>ne f<>r 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 M<>glichkeiten finden sich im Informatikbereich der Sekundarstufe I, in dem <20>ber den GCode (Steuerdaten des Druckers, siehe Kapitel ,,Grundlagen") die Darstellung und Interpretation von Daten behandelt werden kann. Oder man besch<63>ftigt sich mit 3D-Druck im Rahmen einer Unterrichtsreihe zum Thema Grafik. So kann der 3D-Druck als eigenst<73>ndige Reihe im Rahmen von CAD-Anwendungeniii oder als Folgeanwendung zu Grafikprogrammen wie GIMP oder POV-Ray behandelt werden. Der Workflow <20> alternative methodische Vorgehensweisen Die Optionen, von einer Aufgabenstellung <20>ber unterrichtliche Prozesse zu einem dreidimensionalen bildnerischen Ergebnis zu kommen, sind vielf<6C>ltig, die Zwischenschritte zahlreich. Auf dem folgenden Schaubild sind grunds<64>tzlich m<>gliche Arbeitsabl<62>ufe 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 Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler an einem Konzept arbeiten, wobei arbeitsteilig erstellte Teilst<73>cke zusammengef<65>gt werden.
Alternativ dazu bietet sich die M<>glichkeit an, aus einem Pool an Modellen eines auszuw<75>hlen und ggf. zu modifizieren. Auch hier sind kooperative Arbeitsformen denkbar.
Erste Druckerfahrungen und ihre Evaluation Es hat sich als tr<74>gerisch 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. Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler erkennen dabei, dass bei <20>berh<72>ngen und ausladenden Formen (raumgreifendes Modell) St<53>tzmaterial angebracht werden muss, das nach dem Ende des Druckprozesses abgeknickt, abgeschnitten oder abgefeilt wird. F<>r 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 l<>sst kleine Korrekturen zu. So k<>nnen die Modelle noch skaliert werden oder gedreht und ggf. St<53>tzmaterial eingef<65>gt werden. Die fertige Packliste muss dann <20>ber ein Datenspeichermedium zum Drucker gelangen. SD-Karten- oder USB-Slots sind die <20>blichen Schnittstellen eines 3D-Druckers. Die Datei mit dem G-Code wird eingelesen. Ein Vorheizen des Druckers ist erforderlich, auch das Filament muss in gen<65>gender Menge vorhanden sein. Das Druckbett muss ggf. vorbehandelt werden, damit die ersten feinen F<>den aus der D<>se des Druckers haften bleiben. Nun startet der Druck. Unmittelbar k<>nnen Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 Druckger<65>usche zu st<73>ren. Je nach verwendetem Filament entstehen Emissionen, die den Atem reizen k<>nnen (vgl. Kapitel ,,Gesundheitliche Aspekte").
Werden die Objekte zum Ausdruck an einen Dienstleister <20>bergeben, m<>ssen dessen Bedingungen abgefragt werden: Dateiformat, Preis, Lieferzeit (und Datentr<74>ger, falls kein InternetVersand gew<65>nscht wird).
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Das Druckergebnis wird in jedem Fall Erstaunen ausl<73>sen. Entweder, weil immer wieder <20>berrascht, wie pr<70>zise und detailreich das selbst entworfene, kombinierte oder modifizierte Objekt geworden ist. Auch die von der Bildschirmdarstellung oft abweichende Einfarbigkeit wird zu bewerten sein.
<EFBFBD>berarbeitung: Einzelne Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler m<>ssen feststellen, dass nicht alle Partien wie beabsichtigt gedruckt wurden, denn es handelt sich ja um ein mehransichtiges Objekt. Auch die <20>bersch<63>tzung der Gr<47><72>e von Details, die am Bildschirm beliebig gro<72> dargestellt werden k<>nnen, kann zu einer <20>berarbeitung anregen. Wenn das Objekt den Zielen bzw. der Aufgabenstellung entspricht, k<>nnen die Ergebnisse als Ausgangspunkt zur Entwicklung einer neuen, vielleicht komplexeren Aufgabe dienen.
Aspekte der Arbeit mit 3D-Software Die beim Erstellen von 3D-Modellen ben<65>tigten Arbeitsschritte basieren auf den Operationen Konstruieren, Modellieren, Importieren oder Zusammenf<6E>gen. Werden Objekte konstruiert, so wird entweder aus zweidimensionalen Zeichnungen eine dritte Dimension ,,herausgezogen" oder aus einem gegebenen dreidimensionalen Objektbestand ein Objekt ausgew<65>hlt. In beiden F<>llen erscheint es fr<66>her oder sp<73>ter in einer perspektivischen Darstellung auf einer definierten Grundfl<66>che. Das Objekt kann dann aus beliebiger Perspektive betrachtet werden. Sobald ein zweites Objekt hinzutritt, ist eine genaue <20>berpr<70>fung der Position und Lage, Ausrichtung und Gr<47><72>e - und damit der Abst<73>nde oder der <20>berlagerung der Objekte im Raum erforderlich. Die Beurteilung dieser drei Merkmale erfordert genaues Beobachten und systematisches Variieren des Betrachterstandpunkts. Das Verh<72>ltnis zueinander ist bei 3D-Objekten ein Vor- und Hintereinander, ein Neben- und <20>bereinander. Wird eine ung<6E>nstige Ansicht gew<65>hlt, verschwinden Objekte g<>nzlich durch gegenseitige <20>berdeckung. Auch die Beurteilung, ob eine Ber<65>hrung oder ein kleiner Spalt vorliegt, kann oft nur bei erheblicher Vergr<67><72>erung gelingen. Diese Anforderungen der Software an Lernende f<>rdern in besonderer Weise das dreidimensionale Denken und das r<>umliche Vorstellungsverm<72>gen.
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Grundlagen <20> 3D-Modelling und 3D-Druck
Die im vorigen Kapitel entwickelte Vorstellung eines Workflows mit grunds<64>tzlich 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 St<53>tzkonstruktionen

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 L<>cher im Modell, m<>ssen sie vor dem Druck geschlossen werden. Manche Programme bieten automatisierte Reparaturm<72>glichkeiten an.
Slicing - Zerlegung des 3D-Modells in Druckschichten Danach muss das 3D-Modell f<>r den Druck aufbereitet werden. Beim ,,Slicing" wird das 3D-Modell in Schichten aufgeteilt. Diese Schichten repr<70>sentieren die einzelnen Drucklagen, die der Drucker sp<73>ter auf das Druckbett auftr<74>gt.
Erstellung von Steuerdaten f<>r 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 h<>ngen von der verwendeten Software und ihrem Funktionsumfang ab. So k<>nnen sich die Aufgaben u.U. auch blo<6C> auf folgende drei Punkte konzentrieren:
<EFBFBD> Mittels 3D-Software wird ein 3D-Modell erstellt. Dieses 3D-Modell wird in ein Druckformat, beispielsweise das STL-Format, exportiert und abgespeichert.
<EFBFBD> Die abgespeicherte STL-Datei wird mit der Drucksoftware ge<67>ffnet. Sie erstellt die Steuerdaten f<>r den Drucker. Man kann das Modell auf einem virtuellen Druckbett noch positionieren und skalieren. Schlie<69>lich wird der G-Code erstellt, der als Datei auf einer Speicherkarte abgespeichert wird.
<EFBFBD> Diese Karte wird in den Slot an dem 3D-Drucker gesteckt. In einem Men<65> kann man die Datei zum Drucken ausw<73>hlen.
Datenaustausch Datenaustausch ist essentiell, sp<73>testens, wenn die 3D-Modelle f<>r 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 f<>r den privaten Einsatz (vgl. S. 13) muss das nicht der Fall sein. Es ist m<>glich, das sog. add-ons installiert werden m<>ssen, um diese Funktion nachzur<75>sten. In der Regel k<>nnen ModellingProgramme aber auch mit vielen Dateiformaten arbeiten. Damit Dateien ausgetauscht werden k<>nnen, 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 Oberfl<66>che verbunden m<>ssen und damit ein dreidimensionaler K<>rper vorliegt. Dieses Dateiformat ist von g<>ngigen Softwareprodukten importier- und exportierbar, was aber nicht hei<65>en 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 k<>nnen, als bin<69>r-codierte und ascii-codierte Daten.
3D-Scans Ein naheliegender Gedanke ist, bestehende Objekte zu scannen, um diese auszudrucken bzw. vorher eigene Ver<65>nderungen einzuarbeiten. Der technischen Entwicklung der 3D-Drucker folgend, ist auch dieser Markt gerade in einem gro<72>en Umbruch. Die ben<65>tigte Technik wird immer g<>nstiger und die technischen M<>glichkeiten immer einfacher. Hardwarebasierte L<>sungen, beispielsweise in Form von Kameras und Lasern, sind oft im professionellen Bereich zu finden. Die Preise dieser Ger<65>te beginnen bei mehreren hundert Euro, bei offenem Ende. Aufgrund dessen hat sich ein Dienstleistermarkt entwickelt, der das Scannen von Objekten oder Personen <20>bernimmt.
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Alternativ gibt es softwarebasierte L<>sungen, die mit Hilfe von Fotos des Objekts aus mehreren Blickwinkeln ein 3D-Modell berechnen. Neben den professionellen L<>sungen gibt es bereits Apps f<>r Smartphones und Tablets, die deren eingebaute Kamera nutzen.
Weiterhin bietet ein bekannter Hersteller eine Software an, die mit der ,,Kinect-Kamera" zusammenarbeitet, einem Zubeh<65>r f<>r eine weit verbreitete Spielekonsole. Der Vorteil dieser Kamera ist, dass sie bereits f<>r eine dreidimensionale Erkennung von Personen ausgelegt ist.
Eine reiche Auswahl momentaner L<>sungen ist im Internetiv zu finden.
Vom Scan zum Ausdruck Vom Scan bis zur druckf<6B>higen Datei sind mehrere Schritte notwendig. Nur wenige SoftwareL<65>sungen bieten den Vorteil, diese Schritte mit einem einzigen Programm abwickeln zu k<>nnen (z.B. Mesh-Lab, vgl. S. 31): <20> Der Scan liefert eine gro<72>e Zahl einzelner Punkte (auch vertices genannt), die in einem
dreidimensionalen Koordinatensystem angeordnet sind. Die Scandaten liegen in Form einer ,,Punktwolke" (point cloud) vor. Das <20>bliche Format ist das PLY ascii Format. Zwischen diesen durch den Scan festgelegten Punkten sind allerdings noch keine Fl<46>chen definiert. <20> Im n<>chsten Schritt werden Punkte zu Vektoren verbunden. Noch immer ist keine Fl<46>che festgelegt, erst recht kein Volumen. Erst wenn die Vektoren ,,zu Dreiecksf<73>chern gerendert" werden, sind Fl<46>chen (triangles oder faces) vorhanden. Die Gesamtheit aller Fl<46>chen eines Objekts wird als ,,Mesh" bezeichnet. Zum Speichern dient z.B. das STL-Format. <20> Die Datenmenge gescannter Objekte ist riesig. Eng beieinander liegende Fl<46>chen sollten zusammengef<65>hrt werden. <20>berfl<66>ssige Punkte werden gel<65>scht. <20> Bei diesen Daten-Umrechnungen k<>nnen reichlich Fehler auftreten, die korrigiert werden m<>ssen, um das Objekt drucken zu k<>nnen. Das Objekt <20>hnelt einer Kraterlandschaft: Punkte sind falsch verbunden worden oder L<>cher in der Oberfl<66>che m<>ssen geschlossen werden. Manche Fl<46>chen, die als Au<41>enseiten definiert sein sollten, zeigen mit der Innenseite nach au<61>en. Vereinzelte Fl<46>chen ragen unverbunden aus einer Oberfl<66>che in den Raum. Mit Filtern wie dem Poisson Disk Sampling werden Rauheiten gegl<67>ttet. 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 l<>sst sich nicht erkennen, was aus den Daten beim Drucken als Objekt herauskommt. Eine Zusammenstellung m<>glicher Fehler, die auf dem Weg vom Scan zum Druck auftreten k<>nnen, 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 Oberfl<66>che von Modellen, die im FDM- bzw. FFF-Verfahren hergestellt wurden, ist durch das ,,Slicen" (vgl. voriges Kapitel) schichtweise aufgebaut. Horizontale oder vertikale Fl<46>chen oktogonaler K<>rper k<>nnen eine befriedigende Gl<47>tte aufweisen, bei der eine Nachbearbeitung unterbleiben kann. Vor allem bei Schr<68>gen oder Rundungen zeigt die Oberfl<66>che Treppenstufen, die bei der Verwendung st<73>ren k<>nnen. In 3D-Druckforen wird von erfolgreichem Gl<47>tten der Oberfl<66>chen durch An<41>tzen berichtet (das Filament ABS mit Acetondampf, PLA mit Tetrahydrofuran). Auch das Spachteln von Unebenheiten wird in Video-Tutorials erkl<6B>rt. Ein Nacharbeiten mit Feile und Schleifmitteln ist bei beiden weit verbreiteten Filamenten m<>glich. Im Technikunterricht wird h<>ufig eine Modellbaumaschine zum Schleifen, Bohren und Fr<46>sen eines bekannten Herstellers von Unterrichtsmaterial f<>r das Fach Technik eingesetzt, die die Unfallgefahr minimiert.v Bei den Drehzahlen sollte man beachten, dass die <20>blichen Filamente beim Aufheizen schmelzen k<>nnen. PLA kann mit einigen Klebstoffen geklebt werdenvi. Auch ein farbiges Gestalten durch Bemalen der Modelle mit wasserl<72>slichen Farben ist m<>glich. Die Haftung des Farbmaterials ist <20>berzeugend.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Segmente der 3D-Software Der Markt an 3D-Software ist sehr gro<72>. Grob kann man zun<75>chst unterscheiden zwischen professioneller Software f<>r den gewerblichen Bereich und Software, die insbesondere Hobby-T<>ftler 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 f<>r die Softwareauswahl zu bieten.
Professionelle Software Die Zielgruppe professioneller Software, zumal im CAD-Bereich, ist zun<75>chst die der Ingenieure. Der Markt ist dementsprechend gro<72> und man findet Software bzw. Software-Pakete f<>r verschiedene Berufsgruppen (Maschinenbau, Architektur, Bootsbau etc.). De facto wird man an allgemeinbildenden Schulen nicht ann<6E>hernd den Funktionsumfang ben<65>tigen, die die Software anbietet. Aufgrund ihres technischen Hintergrunds muss sie auch als technische Software bedient werden. Beispielsweise wird das Einf<6E>gen von geometrischen Figuren st<73>ndig begleitet von Gr<47><72>enabfragen, was bereits zeigt, dass ein kreativer Zugang im Ansatz unterbunden wird. Dies muss allerdings kein Nachteil sein, doch dazu sp<73>ter mehr. Trotz der Gr<47><72>e und Schwerf<72>lligkeit der Programme - es sollte darauf geachtet werden, dass die Computer gen<65>gend Rechenkapazit<69>t haben (siehe dazu die Anforderungen der Hersteller) - hat sich gezeigt, dass Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler recht schnell mit der Software umgehen k<>nnen. Durch Ausprobieren finden die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler viele Funktionen oder nutzen die umfangreichen Hilfen zum L<>sen 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 f<>r Schulen an, wobei diese oftmals auf Berufsschulen zugeschnitten sind und daher sehr technisch anmuten. In diesem Kontext ist erw<72>hnenswert, dass viele Anbieter Sonderkonditionen f<>r diese teuren CAD-Programme anbieten und Software teilweise sogar kostenlos an Schulen abgeben. Die Programme sind sehr robust, sodass mit Abst<73>rzen nur zu rechnen ist, wenn die Speicheroder Rechenkapazit<69>t nicht ausreicht. Die Software ist oftmals gleich aufgebaut. Neben einen Objektbrowser, der die aktuellen Elemente des Modells enth<74>lt, findet sich ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem, in dem die Modelle angezeigt werden. Au<41>erdem ist oft ein Fenster vorhanden, welches die Eigenschaften des Objekts zur Bearbeitung anzeigt (Radius, H<>he etc.). Eine Vielzahl an Informationen muss auf dem Bildschirm untergebracht werden. Benutzer mit 15" Bildschirmen werden wenig Freude haben, da sie oft damit besch<63>ftigt sein werden, den f<>r sie relevanten Bildausschnitt auszuw<75>hlen, ein Arbeiten ist dennoch m<>glich. Gr<47><72>ere Bildschirme zu verwenden, bietet sich an.
Software f<>r den privaten Einsatz Die Software f<>r den privaten Einsatz zeichnet sich darin aus, dass man recht schnell geometrische Figuren erstellen kann. Eine Bema<6D>ung findet selten statt, es gilt das Prinzip Ausprobieren. Dies hat allerdings den Nachteil, dass anschlie<69>end nachgebessert werden muss, wenn man beispielweise bemerkt, dass das Modell, welches mehrere Zentimeter gro<72> erschien, nur zehn Millimeter gro<72> ist. Man stellt auch relativ schnell fest, dass der Funktionsumfang deutlich reduziert ist. Es zeigte sich, dass die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler versuchten, Modelle zu entwerfen, f<>r die sie Funktionen ben<65>tigt h<>tten, 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., stie<69>en die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 unm<6E>glich, da die Programmoberfl<66>che nur zweidimensional vorhanden ist. Dies f<>hrte beispielsweise dazu, dass statt eines Quaders ein auf der Z-Achse verschobenes Z erstellt wurde. Dies f<>hrte nach ersten Lachern jedoch zu Frustrationen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck Daf<61>r h<>lt sich der Ressourcenhunger dieser Programme in Grenzen, da die Software f<>r die <20>blichen einfachen Desktoprechner zu Hause gedacht ist. Was aber an solcher Software oftmals auff<66>llt, ist die Einbindung von Online-Portalen, die die M<>glichkeit bieten, bereits modellierte Figuren zu importieren und zu nutzen. Dies ist zwar auch bei professionellen Anwendungen m<>glich, jedoch nicht so benutzerfreundlich. Software dieses Typs ist meist frei oder in einer Pro-Version erh<72>ltlich, die Geld kostet. Auch ist es teilweise m<>glich, zus<75>tzliche Softwarebestandteile (add-ons, plug-ins) nachzuladen, die teils kostenpflichtig sind. Bei Softwareprodukten, die frei verf<72>gbar sind, sollte darauf geachtet werden, welcher Lizenz sie unterliegen. Unter Umst<73>nden ist eine kostenlose Verwendung in der Schule nicht erlaubt. Im Zweifel sollte man sich an den Hersteller wenden. Open Source Software Neben der oben aufgef<65>hrten ,,propriet<65>ren" Software ist auch eine Reihe von ,,Open Source Programmen" erh<72>ltlich, die von Suchmaschinen oft vernachl<68>ssigt werden.vii Online-Applikationen Online-Applikationen haben f<>r die Schule mehrere Vorteile. Eine Installation auf den Schulrechnern er<65>brigt sich. Die Lernenden k<>nnen ihre Objekte von zu Hause aus weiter bearbeiten. Umfangreiche Tutorials entlasten die Lehrperson und erm<72>glichen ein individuelles Lerntempo.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Software
Die hier vorgestellten Software-Beispiele stellen eine Auswahl dar. Der Anspruch auf Vollst<73>ndigkeit kann nicht erhoben werden. Das liegt allein schon am Tempo der Entwicklung und am Fehlen unabh<62>ngiger Einrichtungen, die Transparenz in diesem Bereich herstellen k<>nnten.
Bei der Zusammenstellung der Software und der Darstellung der <20>bersicht wurden die folgenden Aspekte einbezogen und Kriterien angewandt:
<EFBFBD> Segment, zu der die Software z<>hlt <20> Anforderungen an Software f<>r den Unterricht <20> M<>gliche Einsatzgebiete der Software
Segmente Die angef<65>hrten Softwarebeispiele erstrecken sich auf die im letzten Kapitel vorgestellten Segmente der professionellen 3D-Software und der Software f<>r den privaten Einsatz. Neben propriet<65>rer Software ist auch eine Reihe von Open Source Programmen erh<72>ltlich. OnlineApplikationen mit den bereits erw<72>hnten Vorteilen f<>r die Schule sind hier ebenfalls einbezogen.
Anforderungen an Software f<>r den Unterricht Software, die im Unterricht verwendet wird, muss speziellen Anforderungen entsprechen. Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 aufw<66>ndig in wechselnde Applikationen einzuarbeiten. Auch wenn ihnen der Umgang mit Smartphones vertraut ist, beschr<68>nkt sich ihre Programmkenntnis meistens auf wenige, allerdings h<>ufig genutzte Applikationen. Hierbei handelt es sich meistens um Kommunikations- und Informationssoftware, nicht aber um Software zur Gestaltung. Andererseits sind Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler unbefangen und motorisch so geschickt, dass sich meistens schneller als Lehrpersonen mit einer neuen Software anfreunden und Ergebnisse hervorbringen k<>nnen.
Unter diesen Voraussetzungen und Herausforderungen ergeben sich folgende Anforderungen an eine f<>r den Unterricht geeignete Software:
 Ihr Funktionsumfang sollte begrenzt sein oder zielgerichtet eingeschr<68>nkt werden k<>nnen.  Die Icons sollten intuitiv verst<73>ndlich und nicht zu zahlreich sein.  Eine deutschsprachige Benutzerf<72>hrung erleichtert den Umgang.  Die Software sollte absturzsicher sein.  Die Notwendigkeit eines raschen und fl<66>ssigen Wechsels der Ansichten und der
Abbildungsgr<EFBFBD><EFBFBD>e ist unabdingbar. Dies f<>rdert zwar auch ein schneller Prozessor, aber er kann einen programmtechnischen Mangel nicht g<>nzlich aufheben.
Damit nicht das Objekt nicht nur erstellt, sondern auch gedruckt werden kann, m<>ssen weitere Kriterien erf<72>llt 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 verf<72>gbare Objekte zur<75>ckgegriffen werden, ist eine umfangreiche, f<>r die Software nutzbare Online-Datenbank hilfreich.
Wie bereits erw<72>hnt, sind die Anforderungen an die Hardware ebenso zu beachten wie der Arbeitsspeicherbedarf. Viele Programme sind plattformunabh<62>ngig, also z.B. unter Windows, Macintosh und Linux lauff<66>hig. Erfreulich ist ein erschwinglicher Preis. Und tats<74>chlich werden hochwertige Applikationen kostenfrei angeboten. Manchmal muss man nachweisen, dass sie in der Schule eingesetzt werden, oder es handelt sich um ausbauf<75>hige, kostenlose Grundversionen. Es gibt auch zeitlich begrenzt funktionierende Trial-Versionen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Einige Kriterien f<>r die Softwareauswahl  Wie komplex soll die Software sein (Funktionsumfang, Werkzeuge; auch Animation)?  Welche Objekte sollen mit ihr schwerpunktm<74><6D>ig erzeugt werden (einfache
geometrische Grundformen (Abb. 1), oder differenzierte, ungleichm<68><6D>ig gebogene Designobjekte, oder technische Ger<65>te, oder detaillierte Modelle (Abb.2))?  Lege ich mehr Wert auf konstruktives oder intuitives Vorgehen?  Werden <20>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 (<28>bersichtlich, deutsche Benutzerf<72>hrung, intuitiv verst<73>ndliche Icons)?  L<>sst sich die Bildschirmoberfl<66>che auf unterschiedliche Lernniveaus anpassen?  W<>nsche ich Onscreen-Hilfen, Online-Hilfen, Lernvideos oder Handb<64>cher?  Welche Einarbeitungszeit will ich in Kauf nehmen?  Verf<72>gt die Software <20>ber alle relevanten Im- und Exportformate, das z.B. STL-Format?  W<>hle ich eine nur zeitlich begrenzt lauff<66>hige Demoversion, eine preisg<73>nstige oder eine (teure und) erweiterbare Profiversion?  Wie absturzsicher ist die Software, ist Zwischenspeichern m<>glich?  Wird eine preisg<73>nstige Klassenraumlizenz angeboten?  Entsprechen die Kapazit<69>ten der Rechner in der Schule den Anspr<70>chen der Software? (Arbeitsspeicher, Prozessorgeschwindigkeit, Monitorgr<67><72>e)  Soll die Software auf mehreren Betriebssystemen lauff<66>hig sein?  Welche zus<75>tzliche Software ben<65>tige 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 Verwendungsm<73>glichkeiten ausgegangen. Diese Systematik kann auch f<>r die im Kapitel ,,Chancen f<>r die Schule" aufgef<65>hrten weiteren F<>cher Orientierung bieten, um geplante Verwendungen des 3D-Drucks abzukl<6B>ren und davon ausgehend f<>r die jeweiligen Unterrichtszwecke geeignete Software auszuw<75>hlen.
Konstruieren von 3D-Modellen: Objekte aus dem Bereich Modellbau, Architekturmodell, Design, Technik usw. werden aus geometrischen Formen konstruiert. F<>r 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 (Portr<74>ts oder Figuren), Tiere oder Pflanzen, ungeometrische oder ungegenst<73>ndliche Objekte. F<>r 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 k<>nnen Bestandteile getrennt und anders zusammengef<65>gt werden, Dimensionen verfremdet und fantastische Kombinationen eingegangen werden. F<>r 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 ,,Allesk<73>nner" unter der 3D-Software. Manche Software eignet sich zu mehreren Einsatzzwecken, teils wiederum nur eingeschr<68>nkt, wie den Ausf<73>hrungen 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" aufgef<65>hrten 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 f<>r das Konstruieren von 3D-Modellen
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Eignung f<>r das Modellieren von 3D-Modellen

Eignung f<>r das Collagieren von 3D-Modellen

Abbildungen: Beispiele f<>r die Einsatzgebiete von 3D-Software 17

HANDREICHUNG 3D-Druck
Konstruieren von 3D-Modellen
Wenn es darauf ankommt, dreidimensionale Objekte nach exakten Ma<4D>angaben zu konstruieren, zum Beispiel weil sie technische Funktionen haben oder passgenau gefertigt sein m<>ssen, eignen sich Programme aus dem professionellen CAD-Bereich. Aber auch ihre kleinen Geschwister f<>r den privaten Einsatz sind f<>r schulische Zwecke nutzbar und k<>nnen die umfangreichen und teuren ProfiProgramme ersetzen.
Solid Edge Edition f<>r Schule und Studium
Die Software Solid Edge von Siemens PLM Software ist in verschiedenen Versionen erh<72>ltlich. Die akademische Version wird allen aktiven Sch<63>lerinnen, Sch<63>lern und Studierenden akademischer Einrichtungen wie anerkannten Universit<69>ten, Fachhochschulen, Berufsschulen und Oberschulen sowie Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern allgemeinbildender Schulen nach erfolgter Registrierung kostenlos bereitgestellt. Die Registrierung und der Download k<>nnen <20>ber Siemensviii erfolgen. Es sei darauf hingewiesen, dass Konstruktionen, die mit einer akademischen Lizenz gespeichert wurden, nicht mit einer kommerziellen Version ge<67>ffnet werden k<>nnen und 2D Zeichnungsausdrucke mit einem Wasserzeichen versehen sind. Das Unternehmen Siemens PLM gibt an, die Software beinhalte die branchenf<6E>hrende 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 enth<74>lt zahlreiche Features, welche die professionelle 3D-Konstruktion ma<6D>st<73>blicher Bauteilgruppen unterst<73>tzen. Exemplarisch seien hier die vollst<73>ndige Baugruppenkonstruktion, die Erstellung von Explosionszeichnungen, Animationen und Bewegungssimulationen, die Berichterstellung zu Masseeigenschaften und die Erstellung von Teilelisten sowie der freie Zugriff auf einen OnlineTeilekatalog aufgef<65>hrt.
Die Bildschirmoberfl<66>che 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 w<>hlen. Zus<75>tzlich stehen auf dem Startbildschirm eine breite Palette an gut verst<73>ndlichen Lernprogrammen sowie eine Erl<72>uterung der Benutzeroberfl<66>che zu Verf<72>gung. Auf der Benutzeroberfl<66>che selbst findet der Anwender zun<75>chst eine Vielzahl von Icons, deren Bedeutungen sich dem unerfahrenen Benutzer zwar nicht unmittelbar erschlie<69>en m<>gen, jedoch erm<72>glichen Kurzinformationstexte, die beim <20>berfahren der Icons mit dem Cursor auftauchen, einen schnellen Programmzugang. In einer Aufforderungsleiste am unteren Bildrand werden zudem die durchzuf<75>hrenden Schritte im Flie<69>text erl<72>utert. Alle Konstruktionen werden zun<75>chst als Zeichnung in einer Ebene erstellt und anschlie<69>end durch Extrusion, Rotation oder Bohrung in einen Volumenk<6E>rper verwandelt. Die Zeichnungen k<>nnen sowohl nach vorgegebenen Ma<4D>en exakt erstellt werden, als auch zun<75>chst ,,freihand" und zu jedem sp<73>teren Zeitpunkt bema<6D>t oder ver<65>ndert werden. In der 3D-Ansicht ist das Bearbeiten des Volumenk<6E>rpers, wie beispielsweise das Ausrunden von Kanten oder Anpassen von Bohrungen, leicht durchzuf<75>hren.
Die St<53>rke 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 erm<72>glicht. Die Geometrie des Bauteils wird durch das Programm st<73>ndig auf Konflikte <20>berpr<70>ft. So kann eine 2D-Zeichnung nur eine dritte Dimension durch Rotation oder Extrusion erhalten, wenn sie beispielsweise keine Profil<69>berschneidungen oder L<>cken aufweist.
Aus einer Bibliothek k<>nnen Formelemente importiert und weiterverarbeitet werden. Ebenso k<>nnen bereits auf dem Startbildschirm Verbindungen zu Komponentenkatalogen mit zahlreichen vorgefertigten Objekten oder Formelementen hergestellt werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck Gepr<70>ft wurde die Studentenversion Solid Edge ST7. Die erstellten 3D-Objekte k<>nnen als Solid Edge Part-Dokument (*.par) und in zahlreichen anderen 3D-Formaten wie auch im STL-Format gespeichert werden. Ebenso k<>nnen auch 2D Ansichten gespeichert und gedruckt werden. Eine Einf<6E>hrung 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 ausgew<65>hlt, die beliebig angeordnet, skaliert, gestreckt/gestaucht, gedreht, mit einer Bohrung versehen und miteinander kombiniert werden k<>nnen.
Die Objekte werden direkt im dreidimensionalen Raum sichtbar, der jederzeit aus beliebiger Perspektive betrachtet werden kann.
Die reine Auf-, Unter- oder Seitenansicht l<>sst sich durch eine entsprechende ,,Wanderung auf dem Orbit" erzeugen. Zur <20>berpr<70>fung der gew<65>nschten Platzierung sind solche Tafelansichten notwendig, weil oft der Eindruck entsteht, dass Objekte die gew<65>nschte Gr<47><72>e haben und sich wie gew<65>nscht ber<65>hren, tats<74>chlich aber <20>berdeckungen und perspektivische Verk<72>rzungen zu diesem Fehlurteil gef<65>hrt haben.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Auch f<>r die <20>berpr<70>fung, ob ein Objekt auf der Bodenebene platziert ist, muss es in die richtige Ansicht gedreht werden.
Zwar lassen sich bei bereits erstellten Objekten Werte f<>r das Verschieben und Skalieren eingeben, aber eine exakte Definition der H<>he, Breite und Tiefe der Ausgangsobjekte ist nicht m<>glich. Daher eignet sich das Programm eher f<>r ein intuitives als f<>r ein konstruktives Vorgehen.
Die Icons sind gut unterscheidbar, ihre Funktionen lassen sich nach einer kurzen, explorativen Phase erfassen und einpr<70>gen. Der kurze Hilfetext, der sich beim <20>berfahren der Icons <20>ffnet, unterst<73>tzt die Einarbeitung.
Trotz der englischsprachigen Benutzerf<72>hrung kann die Software ab Klasse 7 eingesetzt werden. Eine einst<73>ndige Einarbeitung sollte eingeplant werden. Erfahrungen mit objektorientierten Grafikprogrammen erleichtern den Zugang zu 123D-Design. Die kostenlose Version ist f<>r schulische Zwecke ausreichendix. Sie unterst<73>tzt den Export von stl-Dateien und den Zugriff auf ver<65>ffentlichte Modelle. Sie unterliegen unterschiedlichen Bedingungen, oft der Attribution-NonCommercialShareAlike-Lizenzx, welche eine Verwendung und Ver<65>nderung f<>r nicht-kommerzielle Zwecke erlaubt.
Programmabst<EFBFBD>rze traten bei der Pr<50>fung nicht auf. Das erzeugte 3D-Modell konnte gedruckt werden. Die verwendete Version 1.5. ist f<>r Mac, Windows und f<>r iOS erh<72>ltlich.
SketchUp
Die Software SketchUp von Trimble ist in verschieden Versionen erh<72>ltlich. Die nichtkommerzielle Version kann kostenlos heruntergeladen werdenxi. Das Unternehmen Trimble gibt an, die Software sei f<>r Architekten, Designer, Bauunternehmer und Fertigungsbetriebe konzipiertxii.
Die Bildschirmoberfl<66>che suggeriert dem Anwender, dass er in die Rolle des abgebildeten Architekten schl<68>pft, der mit dem Hausbau im Gr<47>nen beginnen kann. Wird aus den verst<73>ndlich dargestellten Icons das Fl<46>chenwerkzeug ausgew<65>hlt, entsteht auf dem Schnittpunkt der Hilfslinien beginnend - eine geschlossene Form, welche beliebig gro<72> gezogen werden kann. Wenn sie anschlie<69>end mit einem anderen Werkzeug angeklickt wird, kann sie in die H<>he gezogen werden und wird so zu einem dreidimensionalen K<>rper.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Jede Fl<46>che muss in einen K<>rper <20>berf<72>hrt werden, damit das Objekt vollplastisch gedruckt werden kann. Mit Hilfe des Rotationswerkzeugs kann <20>berpr<70>ft werden, ob das Gezeichnete schon ein K<>rper ist.
Sehr hilfreich ist der ,,magnetische" Cursor mit seiner wechselnden Beschriftung. Er zeigt, an welcher Seite, welcher Kante oder an welchem Punkt das zu erg<72>nzende Objekt anliegt.
Nutzt man diese Hilfe, entsteht ein zusammenh<6E>ngendes Objekt ohne L<>cken, das nicht mehr gruppiert werden muss. Es ist anschlie<69>end fl<66>chenweise oder als Ganzes modifizierbar. Der Prozess der Verformung ist durchgehend sichtbar und kontrollierbar. Das Beispiel zeigt, dass aus rechtwinkligen Treppenstufen rautenf<6E>rmige wurden.
Der Schwerpunkt der Software liegt eher im kreativ-explorativen Bereich. Einfache Ma<4D>werkzeuge stehen zwar bereit, aber einem technisch-konstruktiven Vorgehen widerspricht die intuitive Anlage der Modelliersoftware.
Aus dem ,,3-D Warehouse" k<>nnen Modelle importiert und weiterverarbeitet werden. Damit der Druck gelingt, muss darauf geachtet werden, dass alle Objektteile plastisch und die Fl<46>chen geschlossen sind.
SketchUp steht f<>r Windows und Mac zur Verf<72>gung. Gepr<70>ft 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 f<>r Lehrkr<6B>fte kostenlosxiii- erlaubt professionelle 3D-Formate, n<>mlich 3ds, dwg, dxf, fbx obj, wrl und sxi. Das programmeigene SKP-Format kann mit Hilfe eines kostenlosen Plug-Ins auch in das f<>r 3D-Drucker <20>bliche STL-Format konvertiert werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
OpenSCAD Gegen<65>ber 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 m<>glich, komplexe Modelle zu erstellen. Diese programmierten Modelle werden dann gerendert und im Editorfenster dargestellt. Die programmierten Scripte folgen den <20>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: <20>bersicht OpenSCAD mit ge<67>ffnetem Projekt
Obige Abbildung zeigt OpenSCAD mit ge<67>ffnetem Projekt <20> ein Tablett f<>r Globuligl<67>schen (vgl. Foto im Kapitel ,,<2C>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, f<>r MAC, Linux und Windows verf<72>gbar und offeriert die g<>ngigsten Exportformate. Ein weiteres Beispiel f<>r ein Projekt mit OpenSCAD findet sich auf der Webseite Heise-Onlinexv.
BlocksCAD Eine weitere M<>glichkeit, 3D-Modelle zu entwerfen, ist BlocksCADxvi. Diese Software basiert auf Scratch, einer f<>r Kinder entwickelten Programmierumgebung. In Anlehnung an Scratch erstellt man 3D-Modelle anhand von Bl<42>cken, die <20>hnlich wie Puzzleteile zusammengef<65>gt werden. So gibt es Bl<42>cke f<>r die g<>ngigsten Formen und Operationen. Es <20>hnelt nicht nur vom Umfang der Operationen sehr stark OpenSCAD, was daran liegt, dass die dargestellten Bl<42>cke im Hintergrund durch OpenSCAD Befehle ersetzt werden. Eine weitere Besonderheit ist, dass BlocksCAD eine Online-Applikation ist. Sie l<>uft also vollst<73>ndig in einem Abbildung: Ein BlocksCAD-Element. Sichtbar am oberen Rand des gr<67>nen Webbrowser und ist somit plattform- Streifens die Einkerbung, zum Anheften an andere Bl<42>cke. unabh<62>ngig. Die Umgebung ist dreigeteilt. Neben dem Visualisierungsteil, der das 3D-Modell darstellt, findet sich im linken Drittel eine Auswahl der vorhandenen Bl<42>cke, die im mittleren Drittel zusammengesetzt werden k<>nnen. Zus<75>tzlich ist es m<>glich, sich den Quellcode anzeigen zu lassen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Abbildung: Definition und Darstellung von zwei K<>rpern mit BlocksCAD
Durch das Prinzip des einfachen Zusammenf<6E>hrens von Bl<42>cken ist es gut f<>r j<>ngere Kinder geeignet. Damit ist es m<>glich, schnell Objekte zu visualisieren. Man ist aber auch in der Lage, mathematische, logische und programmiertechnische Prinzipien zu besprechen. Somit ist es auch f<>r <20>ltere bzw. erfahrene Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler geeignet und bietet M<>glichkeiten zur Differenzierung sowie eine eventuelle Hinf<6E>hrung 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 <20>bersicht <20>ber die Funktionsweise findet sich in einer PreziWebpr<70>sentationxvii.
Tinkercad Tinkercad ist eine Online-Applikation zum Erstellen und Bearbeiten von 3D-Modellen aus dem Hause Autodesk. Personen ab einem Alter von 13 Jahren k<>nnen einen freien Online-Account einrichtenxviii. Dazu werden lediglich eine valide E-Mail-Adresse und ein Passwort ben<65>tigt. Der Startbildschirm zeigt die bereits erstellten 3D-Modelle (,,Designs" genannt) aus der Vogelperspektive. Man kann sie in der Ansicht betrachten und drehen, ohne sie ge<67>ffnet zu haben. Das <20>ffnen geschieht mit dem Befehl ,,Tinker this". M<>chte man ein komplett neues Modell erzeugen, vergibt Tinkercad daf<61>r einen fantasievollen Dateinamen, den man akzeptieren oder ab<61>ndern kann. Geometrische Grundformen und eine kleine Anzahl komplexerer Formen k<>nnen vom rechten Bildschirmrand entnommen und per drag and drop als dreidimensionale Objekte auf der Arbeitsfl<66>che abgelegt werden. Sie k<>nnen einfach verformt, gedreht, gespiegelt und vervielf<6C>ltigt werden. Aus ihnen k<>nnen eigene Designs additiv zusammengesetzt und miteinander kombiniert werden, so dass die Einzelteile insgesamt zu einem Modell verschmolzen werden. Jede Form kann sowohl positiv als Raumk<6D>rper als auch negativ als Raumvolumen definiert werden, so dass z.B. aus einem Zylinder, der eine Fl<46>che durchdringt, eine Bohrung erzeugt werden kann. Auch Beschriftungen k<>nnen einbezogen werden, indem dreidimensionale Buchstabenformen eingef<65>gt werden.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Abbildung: Arbeitsraum und geometrische Grundformen bei Tinkercad
Viele Funktionen sind <20>ber Tastatureingabe als shortcuts verf<72>gbar. 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. <20>ber eine Importfunktion k<>nnen STL-Dateien aus Onlineforen eingebracht werden. Diese ,,Meshes" k<>nnen zwar nicht verformt, aber miteinander verbunden oder durch Nutzung der ,,Hole"-Funktion beschnitten werden.
Abbildung: ungewohntes Anlegen der Arbeitsfl<66>che zur Bearbeitung der H<>hendimension
Bei gedr<64>ckter rechter Maustaste k<>nnen die Modelle gedreht werden. Um K<>rper in allen drei Dimensionen bearbeiten zu k<>nnen, muss die Arbeitsfl<66>che (,,workspace") oft anders als gewohnt angelegt werden. Dies bleibt auch die einzige Schwierigkeit in der Bearbeitung.
Fertige Modelle k<>nnen 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 station<6F>r auf Rechnern installiert werden m<>ssen. Die Applikation ist <20>berall verf<72>gbar, wo eine Internetverbindung m<>glich 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 K<>rper, von Tieren und Pflanzen anbietet oder 3D-Modelle z.B. von Online-Datenbanken importieren kann.
Das ausgew<65>hlte Modell kann sodann auf unterschiedlichste Weise modifiziert werden. Farbe und Textur f<>r die Oberfl<66>che k<>nnen gew<65>hlt werden, es kann skaliert, gedreht, dupliziert werden. Auch k<>nnen Modelle miteinander verschmolzen werden. Die Umgestaltung der Form allerdings ist die eigentliche Aufgabe der Software. Die Werkzeuge daf<61>r erlauben das Herausformen von Beulen und W<>lbungen unterschiedlicher Gr<47><72>e (allm<6C>hliches Anschwellen) und Form (spitz, abgerundet) ebenso wie das Hineinst<73>lpen bzw. Aush<73>hlen. Mit anderen Werkzeugen lassen sich die Modifikationen wieder nach und nach zur<75>cknehmen (verringern/verkleinern) oder angesetzte Formen eindr<64>cken oder verschmelzen. Das Transformieren kann auf kleine Zonen (z.B. nur die Nasenspitze) oder gro<72>e Bereiche (z.B. das gesamte Gesichtsprofil) wirken. Auch eine Gl<47>ttung oder das Aufrauen ist m<>glich. Sollen symmetrische Modelle entstehen, hilft ein Tool dabei, alle Operationen, die auf einer Seite erfolgen, automatisch auf die andere Seite zu <20>bertragen. Ist dies nicht an allen Stellen erw<72>nscht, schaltet man die Funktion aus.
ZBrush Bei ZBrush handelt es sich um ein sehr komplexes Programm, ein rascher Zugang ist daher nicht m<>glich. Zur Unterst<73>tzung gibt es allerdings kostenfreie Anleitungen. Zum Einstieg dient ,,Fundamentals", weitergehende Tutorials und auch Klassenraumtutorials werden angeboten. Es ist online verf<72>gbarxix. Die Testversion ist 45 Tage funktionsf<73>hig, als Einzellizenz und Klassen-raumlizenz f<>r 800 US$ erh<72>ltlich. Plugins, z.B. Brushes, k<>nnen ebenso dazugekauft werden wie differenzierte 3D-Modelle, n<>mlich K<>pfe, Halbfiguren, menschliche K<>rper. 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 ausf<73>hrlichen und reich bebilderten Offline-Dokumentation geliefert, in der Wert darauf gelegt wird, dass bei dieser Software das kreative Gestalten im Vordergrund steht. ,,Handbuch" und Men<65>f<EFBFBD>hrung sind auf Englisch verfasst.xx
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Ausgangspunkt ist eine Kugel, die geformt werden kann. Die Benutzungsoberfl<66>che der Software kommt weitgehend ohne Begriffe aus. Eine <20>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, Eindr<64>ckens, Aufsetzens, Herausziehens und des Gl<47>ttens stufenlos in Gr<47><72>e und

St<EFBFBD>rke definieren.

Die volle Kontrolle <20>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, k<>nnen 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

<EFBFBD>bertr<EFBFBD>gt.

Wer h<>ufig mit der Software arbeitet, kann anstelle der Buttons

Tastaturbefehle (Hotkeys) nutzen.

Ist die Gestaltung weitgehend realisiert, l<>sst sich alles

Geformte nachtr<74>glich vollst<73>ndig oder in Teilbereichen vergr<67><72>ern

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 Oberfl<66>chen zur Verf<72>gung, die

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

Optionen k<>nnen dazu beitragen im Falle einer geplanten

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

treffen.

Sollen mehrere Modelle entstehen,

lassen sich weitere bearbeitbare Kugeln

einf<EFBFBD>gen und genau platzieren. Auch ein Ineinanderstecken ist m<>glich.

Modelle des Formats .sc1 k<>nnen importiert, erstellte Modell im OBJ-

Format exportiert werden.

Alle Arbeitsschritte lie<69>en sich sehr fl<66>ssig

und ohne Wartezeiten ausf<73>hren. Weil die

Arbeitsweise der Software der des realen

Modellierens so sehr <20>hnelt, kann intuitiv-

experimentell vorgegangen werden. Der

eingangs erw<72>hnte Anspruch wird voll erf<72>llt. W<>nschenswert w<>re, wenn

bereits K<>pfe oder K<>rper f<>r die Umgestaltung zur Verf<72>gung st<73>nden.

Bei der Software Sculpt und Sculp+ f<>r 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 k<>nnen 3D-Modelle neu erstellt sowie importierte STL-Dateien weiter bearbeitet werden. Die grunds<64>tzlichen 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 k<>nnen Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 Beschr<68>nkung schon auf wenige Werkzeuge erm<72>glicht eine Menge an Gestaltungsspielr<6C>umen.
Abbildung: importierte STL-Datei und erste Bearbeitungsschritte
Blender Blender ist eine Open Source 3D-Modelliersoftwarexxii. Urspr<70>nglich als professionelle 3DAnimationssoftware entwickelt, also basierend auf 3D-Grafik, wurde sie 2002 zur Open Source Software erkl<6B>rt 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 m<>chte, sollte man grunds<64>tzlich einiges Basiswissen um die digitale Verarbeitung von 3DModellen haben: Meshes bestehen aus Punkten (Vertices), zwischen denen Linien (Edges) gezogen sind. Zwischen den Linien werden Fl<46>chen (Faces) aufgespannt. Diese Fl<46>chen sind das, was man hinterher im Bild von dem Modell am Bildschirm sieht. Als urspr<70>nglich zur Animation entwickeltes Werkzeug kann Blender auch Oberfl<66>chen texturieren, beleuchten und Animationen aufzeichnen. Mit einer UV-Textur <20>berzeiht man Fl<46>chen mit Bildern, z.B. Oberfl<66>chentexturen oder Fotos. Die Kamera zeichnet Bewegungen auf. Der Bildschirm ist in drei Teile aufgeteilt. Oben befindet sich das Info-Fenster mit Daten <20>ber das aktuelle Modell, das aus der Tradition der Animation her als Szene bezeichnet wird. Im Zentrum der Arbeitsfl<66>che steht das 3D-Fenster. Auf ihr erscheint ein W<>rfel, der wie die Kugel bei Sculptris die Grundlage aller dreidimensionalen Formen bildet, die aus ihm erzeugt werden. Als "plane" wird die Standfl<66>che bezeichnet, auf dem das 3D-Modell positioniert ist.
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Aus dem vorgegebenen

W<EFBFBD>rfel werden alle Formen

erzeugt, indem er in verschiedene

Richtungen und Formen extrudiert

wird. Dabei werden neue

Eckpunkte und Fl<46>chen er-

schaffen, die ihrerseits auch

bewegt und weitergeformt werden

k<EFBFBD>nnen. 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<65>-roten Kreis

Abbildung: Startbildschirm von Blender

ist der 3D-Mauszeiger. Er kann <20>berall im 3D-Raum platziert

werden. Er wird benutzt, um zu

zeigen, wo neue Objekte platziert werden, kann aber auch als Zentrum f<>r Drehungen und

Gr<EFBFBD><EFBFBD>en<EFBFBD>nderungen dienen.

Das Fenster unten wird Button-

Fenster genannt. Dort k<>nnen viele

Einstellungen der Szene bearbeitet

werden, so z.B. Materialien, Lichter,

Animationseinstellungen, Render-

einstellungen.

Blender ist eine 3D-Modellier-

software, die eine F<>lle von

Werkzeugen und Einstellm<6C>glich-

keiten aufweist und nicht leicht

erschlossen werden kann.

So wird mit der rechten statt der

<EFBFBD>blichen linken Maustaste selektiert.

Etliche Befehle sind <20>ber Tastatur-

k<EFBFBD>rzel 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 Benutzeroberfl<66>che auf, bei der man sich die ben<65>tigten

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

"Pinseln" vorgenommen werden. Um sich die Software zu erschlie<69>en, bietet Blender Tutorials, die

die grundlegende Funktionsweise des Programms, aber auch Profi-Features erkl<6B>ren. Positiv

anzumerken ist auch, dass die Werkzeugf<67>lle 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 f<>r 3D-Modelle hat sich bereits im Internet etabliert. Sie enthalten Bildmaterial, das f<>r 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 f<>r den Druck exportieren k<>nnen. Einige der unter anderer <20>berschrift hier bereits vorgestellten Programme eignen sich auch f<>r dieses Einsatzgebiet. Daher sind hier die wenigen Programme aufgef<65>hrt, die als Schwerpunkt das Verarbeiten von bereits existierenden und nicht das Erzeugen von neuen 3DModellen haben. Au<41>erdem ist es ratsam, Modelle aus Online-Datenbanken grunds<64>tzlich auf ihre Druckf<6B>higkeit zu pr<70>fen. Diese Fehlerkorrektur erspart unn<6E>tige Misserfolge beim Ausdruck, ist allerdings nicht Bestandteil jeder Software, mit der collagiert werden kann. Die hier aufgef<65>hrte Software verf<72>gt weitgehend <20>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)

erh<EFBFBD>ltlich.

,,Netfabb Basic" bringt alle ben<65>tigten Werkzeuge f<>r den

3D-Ausdruck mit. Das Tool erm<72>glicht den Import von 3D-

Modellen aus anderen Anwendungen sowie die

anschlie<EFBFBD>ende Bearbeitung. Netfabb schlie<69>t u.a.

unerw<EFBFBD>nschte L<>cken im Modell, erstellt wasserdichte

Objekte und kann defekte Oberfl<66>chen reparieren. Dabei

unterst<EFBFBD>tzt es die Formate STL, X3D, WRL, GTS, CLI, SLI,

SLC, SSL, CLS und G-Code.

Die notwendigen Arbeits-

schritte zur Fehlerkorrektur

erschlie<EFBFBD>en 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 k<>nnen:
<EFBFBD> Project / New

Abbildung: 3D-Modell aus einer OnlineDatenbank, beschnitten und erg<72>nzt als B<>ste

<EFBFBD> Part / Add

<EFBFBD> Extras / Repair part

- Dialogfeld "Automatic repair": Default repair

- Dialogfeld "Apply repair"

- Remove old part

<EFBFBD> Part / Export part / as STL

- Speichern

Abbildung: NetfabbReparaturwerkzeuge

- Dialogfeld: Optimize - Dialogfeld Export

M<EFBFBD>chte man Meshes miteinander kombinieren oder collagieren, st<73><74>t man an die Grenzen von Netfabb-Basic und muss die Pro-Version erwerben. Mit ihr f<>gt man u. a. Zusatzteile ein und legt die Gr<47><72>e sowie die Ausrichtung des Gegenstandes fest. Entspricht das Ergebnis den Vorstellungen, so speichert man es im SLT- oder Netfabb-Format ab.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Meshmixer

Meshmixerxxv ist eine 3D-Software der Firma Autodesk und

geh<EFBFBD>rt zu der 123D Software-Familie der Firma Autodesk, die 3D-

Software f<>r den Hobbyeinsatz anbietet. Gegen<65>ber der <20>blichen

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

Konstruktion von Objekten, sondern die Ver<65>nderung von

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

2 die M<>glichkeit, 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 k<>nnen. Die Modelle werden als

Meshes (Polygonnetze) dargestellt, welche durch verschiedene

Funktionen bearbeitet werden k<>nnen.

Abbildung: Kategorien von

Daher ist bei der Verwendung der Software ein Umden-

programmeigenen Modellen zum Import

ken n<>tig, da es nicht darum geht, Eigenschaften von Objekten

zu <20>ndern (L<>nge, Breite, Kurven), sondern um die Polygon-

netze der Modelle zu ver<65>ndern.

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

amf importieren. Ein Export ist zus<75>tzlich in die Dateiformate

dae und wrl m<>glich.

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

Urspr<EFBFBD>nglich als Software f<>r den 3D-Drucker Makerbot erstellt (was stellenweise noch erkennbar ist), ist die Software

aber durch die zahlreichen Export- und Import-Formate f<>r alle

g<EFBFBD>ngigen 3d-Drucker geeignet. Besonders geeignet ist Meshmixer f<>r das Erstellen von St<53>tzkon-

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

automatisch st<73>tzende Bauteile generieren, die den Druck m<>glich machen und ggf. nach dem Druck

entfernt werden k<>nnen. Das Hilfesystem beschr<68>nkt sich gr<67><72>tenteils auf Online-Hilfenxxvi (u.a.

Tutorials, Videos, PDFs, Foren).

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

m<EFBFBD>glich.

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 k<>nnen in MeshLab 3D-Modelle erstellt werden. Die Software wurde

an der Universit<69>t 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-Oberfl<66>chennetze von 3D-Modellen. Es ist f<>r Windows, iOS und Android

verf<EFBFBD>gbar.

Mit Mesh bezeichnet man ein Polygonnetz zur

geometrischen Beschreibung von Oberfl<66>chen. Das

Ergebnis eines Scans kann als Knotenliste oder

vermaschtes Dreiecksnetz in MeshLab importiert werden.

Vom Scan zum Mesh sind folgende Arbeitsschritte n<>tig:

<EFBFBD> Bereinigung der Punktwolke

<EFBFBD> Registrierung der Scans

<EFBFBD> Berechnung der Oberfl<66>che (Remeshing,

Simplification, Surface Reconstruction)

<EFBFBD> Reduktion der Daten und Gl<47>ttung der

Oberfl<EFBFBD>che

<EFBFBD> Finishing

Bei der Arbeit mit MeshLab stehen umfangreiche Filter

und Werkzeuge f<>r diese Aufgaben zur Verf<72>gung. Es

k<EFBFBD>nnen doppelte und nicht zusammenh<6E>ngende Punkte

beseitigt werden, auch kleine isolierte Fl<46>chen gel<65>scht, L<>cher 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

gesch<EFBFBD>tzt. F<>r 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 f<>r den Datenexport

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

Unterst<EFBFBD>tzung des neuen U3D-Formats muss besonders betont werden.

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

R<EFBFBD>ckseite eines Modells, steht das ,,Merging" zur Verf<72>gung. Mit dieser Funktion k<>nnen 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 Oberfl<66>chen der

Modelle in Texturen und Farbe festlegen. Auch

hierin bestehen Gestaltungsm<73>glichkeiten, die

sich auf den Druck nicht auswirken: das

Einf<EFBFBD>rben von Oberfl<66>chen oder das

<EFBFBD>berziehen mit Texturen.

Auch die Bema<6D>ung des Modells oder

seiner Teile kann mit MeshLab <20>berpr<70>ft und

das Modell auf eine geeignete Gr<47><72>e skaliert

werden. Schlie<69>lich kann die Druck-

vorbereitung bis hin zum Slicen vorgenommen

werden.

Abbildung: Mit MeshLab kann die Anzahl der Polygone und damit die Dateigr<67><72>e 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 leistungsf<73>hige Alternativen, die hier besonders hervorgehoben werden sollen.

Slic3r

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

k<EFBFBD>nnen. Die Software deckt in der Druckvorbereitung (vgl. Kapitel ,,Grundlagen") die Bereiche

St<EFBFBD>tzkonstruktion, Fehlerkorrektur und Slicing ab. Sie ist lauff<66>hig unter Windows, Mac OS X und

Linux. Bei der Installation werden genaue Konfigurationsangaben zum anzusteuernden Drucker

abgefragt, u.a. Drucktemperatur, Bauraumma<6D>e und Filamentarten. 3D-Modelle k<>nnen in den

Formaten STL, OBJ und AMF importiert und gedruckt werden.

St<EFBFBD>tzkonstruktion: Slic3er be-

rechnet, ob an dem zu druckenden

Modell St<53>tzmaterial angebracht

werden muss und f<>gt es auf

Wunsch ein.

Fehlerkorrektur: Wenn das Mesh

des Modells L<>cher enth<74>lt oder

falsch ausgerichtete Kanten enth<74>lt

(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 au<61>erhalb seiner

M<EFBFBD>glichkeiten.

Slicing: Die Software zerlegt 3D-

Modelle in einzelne Schichten,

sodass am Ende eine druckbare

Vorlage f<>r den 3D-Drucker

entsteht. Schon im ,,Simple Mode"

sind die Einstellungsm<73>glichkeiten

zahlreich. Einstellungen zu

Druckdetails k<>nnen individuell

vorgenommen

werden,

so

beispielsweise die Geschwindigkeit

und Temperatur bei der untersten Schicht (first layer). Slic3r unterst<73>tzt 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 f<>r mehr Stabilit<69>t

sorgt. Auch k<>nnen Druckk<6B>pfe w<>hrend des Druckens angesteuert werden. Wer seinen 3D-Drucker

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

Software laden. Slic3er l<>sst sich auch als Plug-in f<>r die Software Repetierhost verwenden.

Repetierhost
Repetier-Host ist eine Bedienoberfl<66>che, mit der ein 3-D-Drucker <20>ber USB-Verbindung angesteuert werden kann. Hersteller ist die Firma Hot-World. Die Software, bei der keinerlei Lizenzgeb<65>hren anfallen, kann kostenlos heruntergeladen werdenxxx. Wer die zuk<75>nftige Entwicklung unterst<73>tzen m<>chte, kann spenden.

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HANDREICHUNG 3D-Druck
Abbildung: Druckeinstellungen mit Repetier-Host
Repetier-Host ist lauff<66>hig unter Windows, Mac OS X und Linux. Nach der Installation erfolgt zun<75>chst die Konfiguration, in der die Parameter f<>r den Drucker (vgl. oben Slic3r) eingegeben werden. Die Unterst<73>tzung der Software durch Anleitungen und Tutorials im Internet ist besonders reichhaltig.
Repetier-Host enth<74>lt 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 f<>r den Druck, den Drucker und den Extruder verwalten und spreichern. Eine wichtige Funktion ist die <20>berwachung des Druckvorgangs durch den Repetier-Server <20>ber Webcam, Smartphone oder Tablet.
Cura Die kostenlose Drucksoftware Cura kann Dateien mit 3D-Modellen <20>ffnen, bearbeiten und diese mit einem 3D-Drucker ausdruckenxxxi. Sie wurde f<>r den 3D-Drucker Ultimaker entworfen, funktioniert aber auch bei einigen anderen Druckern. Die Open-Source-Software unterst<73>tzt die Formate STL, OBJ, DAE oder AMF. Dabei kann zwischen Ansichten gew<65>hlt werden, die verschiedenen Aufgaben der Druckvorbereitung dienen: <20> Normal ist die Standard-Ansicht, um die Objekte in verschiedenen Perspektiven betrachten zu k<>nnen. <20> Overhang zeigt in Rot an, wo eventuell <20>berh<72>nge sind, die man unterst<73>tzen m<>sste. <20> Transparent erm<72>glicht es, ins Innere des Modells zu schauen, um Fehler festzustellen. <20> X-Ray findet Fehler, die einen falschen Code ausgeben k<>nnten und daher rot markiert sind. <20> Layers ist die Ansicht, in der man sieht, wie der Drucker Layer f<>r Layer arbeitet. Cura erm<72>glicht die Fehlerkorrektur, das Anbringen von St<53>tzmaterial und das Slicen mit vielen Einstellm<6C>glichkeiten sowohl f<>r 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 kosteng<6E>nstige 3D-Druck im FDM- bzw. FFF-Verfahren ber<65>cksichtigt. 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 h<>here Anschaffungskosten aufweisen, wie beispielsweise das ,,Lasersinter-Verfahren", im Preis soweit fallen, dass Schulen sie sich leisten k<>nnen.
Im Folgenden werden die beiden grunds<64>tzlichen M<>glichkeiten dargestellt, die sich f<>r Schulen anbieten, die in den 3D-Druck einsteigen wollen: die Anschaffung eines Druckers f<>r die eigene Schule oder das, was heute gerne als ,,Outsourcing" bezeichnet wird.
Druckeranschaffung
Es gibt einige grundlegende Kriterien, die beim Kauf entscheidend sein k<>nnen. Um einen einfachen Vergleich herzustellen, werden im Folgenden wichtige Kriterien kurz erl<72>utert. Des Weiteren werden, sofern m<>glich, die Werte des hier verwendeten Referenzmodells mit angegeben, sodass man einen ersten Anhaltspunkt hat. Eine Darstellung aller am Markt befindlichen Ger<65>te 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 f<>r den schulischen Alltag auch ausreicht. Sollte man jedoch die M<>glichkeiten des Druckers ausreizen wollen (beste Druckqualit<69>t, sehr schneller Druck), so muss man damit rechnen, dass man sich intensiv mit den Feineinstellungen auseinandersetzen und viel Zeit investieren muss, um die gew<65>nschten Ergebnisse zu erzielen und Fehldrucke zu vermeiden.

Kriterium

Hinweis

Referenzmodell

Aufl<EFBFBD>sung
Geschwindigkeit Bauraum
Baumaterial (Filament)

Je feiner die Aufl<66>sung, desto besser das Druckergebnis. Allerdings wirkt sich eine feinere Aufl<66>sung 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 <20> 30 <20> 300 mm/s

Die Gr<47><72>e 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 k<>nnen (siehe Text).

PLA und ABS

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Um den G-Code zu <20>bertragen, gibt es verschiedene Techniken:

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

Daten<EFBFBD>bertragung

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 <20>berall erlaubt. Hier ist eine R<>cksprache mit einem Verantwortlichen sinnvoll.

Anzahl D<>sen

Einige Hersteller bieten 3D-Drucker mit zwei D<>sen an. Dies bietet den Vorteil mit zwei unterschiedlichen Filamenten zu arbeiten, um zweifarbige Ausdrucke zu eine erhalten oder das St<53>tzmaterial andersfarbig zu drucken.

Wartung

Wie anf<6E>llig ist das Ger<65>t f<>r klemmende Teile, verstopfte D<>sen?
Wie schnell ist das Ger<65>t 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 D<>se in ca. 10 Minuten.
Arbeitsplatte schnell entfernbar.

Ersatzteile / Gew<65>hrleistung / Garantie

Eventuell geht ein Motor kaputt oder eine D<>se verstopft und ist nicht mehr freizukriegen.
Sind Ersatzteile schnell lieferbar?
Gibt es g<>nstigere Replikate?
Wie lange dauert die Abwicklung eines Gew<65>hrleistungs- oder eines Garantiefalls?
Was umfasst die Garantie und wie lange?
Muss das Ger<65>t sogar in das Land des Herstellers versendet werden?

Ersatzteile sind beim Hersteller oder auf diversen deutschen Elektronik-Shops erh<72>ltlich.

Zubeh<EFBFBD>r

Manche Hersteller bieten zus<75>tzliche Add-ons, um bspw. eine WLAN-Funktionalit<69>t nachzur<75>sten, oder um <20>ber Apps f<>r das Smartphone den Druckstatus abzufragen.

Keines vorhanden.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Anleitung/Hilfe
Bedienung Robustheit

Ist eine Anleitung auf Deutsch erh<72>ltlich, auch f<>r 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 f<>r den Einsatz in der Schule geeignet?

Englische Anleitung beigelegt, deutsche auf der Internetseite verf<72>gbar.
Reichlich bebildert, kurz aber genau erkl<6B>rt. Hinweise zur Reinigung der D<>se bei schwerwiegenden Verstopfungen jedoch gering. Verweis auf die Support-Hotline.
Jedoch umfangreiche Hilfen durch die Community und der Hersteller-Webseite.
Ein Men<65>rad, 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 durchf<68>hren, bevor man sich f<>r einen Kauf entscheidet. F<>r solche F<>lle bieten sich verschiedene Alternativen an:
Fab Labs Eine M<>glichkeit sind Fab Labs (engl. fabrication laboratory <20> Fabrikationslabor). Fab Labs sind Einrichtungen (von Vereinen, Universit<69>ten etc.), die einer Werkstatt <20>hneln. Dem Prinzip von Fab Labs folgend, sind diese frei nutzbar und oft findet man dort technische Unterst<73>tzung. 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 Verf<72>gung stellen k<>nnen.
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 erh<72>lt (nach ein paar Tagen) seine gedruckten Modelle per Post. Allerding pr<70>ft der Anbieter die Druckdaten in der Regel nicht, sodass man erst nach ein paar Tagen ein eventuell falsch gedrucktes Modell erh<72>lt. Die Fehlerkorrektur ist oft als zus<75>tzliche 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 Ger<65>ts. Kommerzielle Anbieter bieten daf<61>r viele verschiedene Bauk<75>sten an, die Lerngruppen unter Anleitung mit ein wenig handwerklichem Geschick selbst zusammenbauen k<>nnen. Die Kosten f<>r komplette Druckerbaus<75>tze sind allerdings h<>ufig sehr hoch. G<>nster wird es, wenn die Einzelteile <20>ber den Fachhandel bezogen werden. Im Internet gibt es die dazu passenden St<53>cklisten und Baupl<70>ne. Zum Teil sind dort Dateien zum Download hinterlegt, mit denen ben<65>tigte Bauteile des 3D-Druckers ausgedruckt werden k<>nnen. Beispielsweise ist ,,RepRap" ein gemeinfreier 3D-Drucker. Die meisten seiner Bauteile sind aus Kunststoff und k<>nnen 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 verst<73>ndlich, so dass ein Selbstbau eines 3D-Drucker mit Lerngruppen machbar bzw. f<>r den Technikunterricht empfohlen werden kann.
Sonstige M<>glichkeiten Eventuell findet sich im n<>heren Personenkreis jemand, der einen 3D-Drucker besitzt. Vielleicht besitzen die Eltern von Sch<63>lerinnen oder Sch<63>lern einen Drucker und stellen ihn zur Verf<72>gung, oder es befindet sich eine Firma in der N<>he, die ihren 3D-Drucker zeitweise vermietet, beispielsweise ein Architekturb<72>ro, das sein Ger<65>t nur wenig verwendet.
Das Filament Das Material, mit dem gedruckt wird und das als Filament bezeichnet wird, ist herk<72>mmlicher
Kunststoff. Dabei unterscheidet man zurzeit zwischen ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und PLA (Polylactid). PLA gilt gemeinhin als ,,einsteigerfreundlich", da es weniger Erfahrung im Druck ben<65>tigt.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Die Materialen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie bspw. Schmelzpunkt, Witterungsbest<73>ndigkeit, Bearbeitbarkeit und anderen Kriterien. Insbesondere der Schmelzpunkt ist relevant f<>r die Auswahl des Druckers. Wer sich n<>her mit diesen Eigenschaften vertraut machen will, findet dazu eine schnelle Orientierung im Online-Magazin ,,3druck.com"xxxvi. F<>r den normalen Gebrauch ist dies jedoch nicht n<>tig, da die Drucker bzw. die Druckersoftware meist f<>r 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 <20>ber gesundheitlichen Gefahren sind derzeit nicht bekannt. Eine Arbeit des ,,Institute of Technology" von Illinois besch<63>ftigte sich mit den FeinstaubEmissionen von 3D-Druckern und kam zu dem Schluss, dass zwar eine erh<72>hte Feinstaubbelastung messbar ist, diese aber vergleichbar ist wie die von Laserdruckernxxxvii. Insgesamt betrachtet ist es empfehlenswert, den Drucker in gut bel<65>fteten R<>umen zu betreiben.
Neben der Feinstaubgefahr sollten weitere Gefahren in Betracht gezogen werden. ABS enth<74>lt 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 f<>r den Drucker erforderlich. Im Schulbereich sollten solche Probleme bei PLA nicht auftreten. Es wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und ist biologisch abbaubar. F<>r 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 f<>r ein lebensmittelechtes Druckmaterial.xxxix

<EFBFBD>berwachung des Druckvorgangs

Die bisher handels<6C>blichen Drucker

haben den Nachteil, dass die Drucker Fehler

nicht erkennen und einfach weiterdrucken,

wenn Fehler im Druckmodell entstehen. Dies

kann dazu f<>hren, dass die D<>se des

Druckers verstopft oder der gesamte

Druckkopf mit Filament volll<6C>uft.

In einem der Tests hat das dazu gef<65>hrt,

dass das Heizelement nicht mehr gek<65>hlt

wurde, verstopfte und der angeschlossene

Sensor sowie das Heizelement zerst<73>rt

wurden <20> 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

m<EFBFBD>glich, 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 m<>glich. Sp<53>ter

kamen aus der Community jedoch L<>sungen, die auch dies erlaubten.

Inzwischen haben auch die Druckerhersteller reagiert und erweitern ihre Drucker um L<>sungen.

Im Folgenden finden sich zwei Beispiele.

OctoPrintxl ist eine Software, die ein Webinterface zur Verf<72>gung stellt, um den Drucker zu <20>berwachen und zu steuern. Als Projekt in privater Hand wird es nun durch die Firma BQ unterst<73>tzt.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Da OctoPrint nur auf einem Softwareprojekt basiert, ben<65>tigt man zus<75>tzlich einen Kleinstcomputer, der an den Drucker angeschlossen wird.
Vom Funktionsumfang her kann man mit OctoPrint <20>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 erh<72>ltlich. Man ben<65>tigt jedoch ein wenig Hintergrundwissen, um das System auf einen Kleinstcomputer zu <20>bertragen und zu konfigurieren. Auf der Seite von OctoPrint findet sich jedoch eine gute Dokumentation und ebenso eine Pr<50>sentation von Gina H<>u<EFBFBD>ge, der Gr<47>nderin von OctoPrint, mit der sie auf der MakerFaire Hannover 2014 einen guten ersten <20>berblick <20>ber das Projekt gab.
Auch die Drucksoftware Repetier-Hostxli erm<72>glicht die <20>berwachung des Druckvorgangs <20>ber Webcam, Smartphone oder Tablet (vgl. Kapitel Drucksoftware).

Einige Hersteller bieten in ihrer j<>ngsten

Generation ihrer 3D-Drucker ab Werk eine

Fernkontrolle an. Mit Softwarel<65>sungen wie

MakerBot Desktop f<>r Computersysteme und MakerBot Mobile f<>r mobile Ger<65>texlii, kann

man die Drucker <20>ber eine

Netzwerkverbindung per Videostream

<EFBFBD>berwachen und wird benachrichtigt, sobald Abbildung: <20>berwachung des Drucks durch Repetier-Host

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

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

f<EFBFBD>r 3D-Modelle zugreifen und 3D-Modelle an den Drucker senden oder auf seine eigene Cloud

zugreifen.

Man erkennt schnell, dass die herstellereigenen L<>sungen einfacher zu bedienen sind. Der

Nachteil liegt darin, dass sie nur f<>r eine geringe Anzahl von Druckern geeignet sind und der

Funktionsumfang vorgegeben ist. L<>sungen wie OctoPrint sind vielf<6C>ltiger zu nutzen und zu

erweitern, ben<65>tigen aber auch mehr Einarbeitungszeit.

Fehlerhafte Druckvorg<72>nge erkennen

beide L<>sungen nicht. Sie bieten jedoch mit

einem Videostream die M<>glichkeit 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 f<>r die Eignung in der Schule kann nur ein Vergleich zwischen neuen Medien und den traditionellen Methoden und Medien sein. Das Medium kann Zug<75>nge zu Inhalten erleichtern, den Kompetenzaufbau f<>rdern und angestrebte Lernprozesse unterst<73>tzen. In die Beschreibung der Unterrichtsprojekte sind daher die folgenden Aspekte eingeflossen:
<EFBFBD> Jahrgang <20> Stundenumfang <20> Thematischer Kontext <20> Unterrichtlicher Zusammenhang <20> Intentionen - curriculare Begr<67>ndung <20> Aufgabenstellung <20> Technische Voraussetzungen <20> Vor- oder Spezialkenntnisse, Technikaffinit<69>t <20> Dokumentation von Unterrichtsprozessen <20> methodische Vorgehensweise <20> Ergebnisse <20> Reflexion/Tipps <20> Vorz<72>ge 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 Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern, geschlechterspezifisch ausgewogen. Zwei von ihnen hatten bereits einfache Erfahrungen im Umgang mit CAD-Software aus einer Arbeitsgemeinschaft an der Schule, ein Sch<63>ler konnte von zu Hause aus Erfahrungen in den Unterricht einbringen.
Der Kunstlehrer hatte bis dato keinerlei Erfahrungen mit der Technik, sodass ein Informatiklehrer ihn w<>hrend der Planung und zu Beginn der Unterrichtsreihe unterst<73>tzte.
Die Planung selbst nahm schnell Konturen an. Ausgehend von einigen technischen Betrachtungen, was mit einem 3D-Drucker m<>glich ist und welche Software eingesetzt werden kann, kristallisierten sich zwei Ideen heraus.
Die erste Idee basierte auf dem Thema der Verfremdung. So sollten vertraute, allt<6C>gliche Objekte durch Hinzuf<75>gen von Extremit<69>ten und anderen K<>rperteilen ,,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 w<>rden.
Letztendlich wurde die zweite Idee umgesetzt. Da sowohl die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 zun<75>chst ein Einkaufswagenchip entworfen. Daf<61>r erhielten sie eine 15-min<69>tige Einf<6E>hrung, in der sie ihre Erfahrungen und Wissen <20>ber 3D-Druck formulierten und dieses Wissen durch den Informatiklehrer erg<72>nzt wurde. Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler wussten bis hierhin lediglich, wie man einen Kreis zeichnen und durch extrudieren in einen dreidimensionalen K<>rper umformen kann. Daraufhin wurde die eigentliche Aufgabenstellung durch den Kunstlehrer gestellt.
Aufgrund der Tatsache, dass nur acht Laptops zur Verf<72>gung standen, musste die Lerngruppe in Teams arbeiten. In dieser Doppelstunde erstellten die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler letztendlich einen
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Einkaufschip, der mit Initialen oder einfachen Formen gef<65>llt 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 n<>tig, 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 <20>ndern, schlug der dritte Versuch nicht mehr fehl.
In der kommenden Einzelstunde erhielten die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler ihre eigentliche Aufgabe (siehe Arbeitsblatt als Anlage). In dieser Stunde war der Kunstlehrer alleine, was allerdings kein Problem darstellte, da die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler zur Planung ihrer Projekte zun<75>chst Skizzen in ihrem Artbook anfertigten.
Auf Basis dieser Skizzen begannen die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 Schulgel<65>nde werden. Drei Sch<63>ler erkl<6B>rten sich dazu bereit, diese Aufgabe mittels Ton zu l<>sen, was ihnen nicht unrecht war, da sie das Arbeiten am Computer eher unbefriedigend fanden. So fand sich bereits eine erste Differenzierung.
Die restlichen Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler arbeiteten eifrig an ihren Modellen, wobei hier aufgrund des gr<67><72>eren Ausma<6D>es des Projekts deutlich wurde, wie unterschiedlich sie arbeiteten. Einige hatten konkrete Ideen, die sie versuchten umzusetzen. Daf<61>r holten sie sich im Internet Hilfe durch Anleitungen. Andere hingegen versuchten viele Funktionen der Software einfach auszuprobieren, um zu schauen, ob man diese nutzen k<>nnte.
Insgesamt arbeiteten die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler drei weitere Stunden an ihren Robotern, wohl ohne technische Unterst<73>tzung des Informatiklehrers, was laut Aussage des Kunstlehrers aber auch nicht n<>tig gewesen sei.
Erst zur letzten Stunde kam dieser wieder in die Klasse, um das ,,Einsammeln" der Dateien zu koordinieren.
Der eigentliche Druck fand wieder au<61>erhalb des Unterrichtsgeschehens statt und stellte sich leider als schwierig heraus. Die Objekte waren komplexer als die Einkaufschips und mussten nun mit St<53>tzmaterial gedruckt werden. Es bedurfte vieler Druckversuche und mehrerer Stunden, bis die richtigen Einstellungen gefunden waren, sodass der Druck gelang. Des Weiteren musste mit mindestens f<>nf Stunden Druckzeit pro Figur gerechnet werden. Aufgrund dieser zeitlichen Verz<72>gerung wurde die fotografische Inszenierung zun<75>chst zur<75>ckgestellt und mit einem anderen Thema begonnen. Die fotografische Inszenierung wurde nach den Sommerferien durchgef<65>hrt.
Der erste Versuch, 3D-Druck im Kunstunterricht einzubinden, kann als positiv gewertet werden. Die meisten Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 <20>ber CAD-Konstruktionen mitbrachten, konnte positiv in die Arbeitsphasen eingebunden werden. Eine andauernde technische Unterst<73>tzung war nicht n<>tig, da sich die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 k<>nnen, sodass es eventuell nur noch punktuell n<>tig ist, Hilfe beim Informatik-Kollegen zu suchen.
Die Probleme beim Drucken k<>nnen durch das Finden der entsprechenden Einstellungen minimiert werden, sodass dort mit einer Reduzierung der ben<65>tigten 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 <20>berlassen, um somit die Lehrperson zu entlasten.
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Design von Schmuckst<73>cken oder M<>beln (Jahrgangsstufe 8)

Ein weiteres Unterrichtsvorhaben wurde ebenfalls in dem oben genannten Aachener Gymnasium

durchgef<EFBFBD>hrt, diesmal jedoch in einer achten Klasse. Diese bestand aus 24 Sch<63>lerinnen und

Sch<EFBFBD>lern. Die Vorkenntnisse bzgl. CAD oder 3D-Druck waren deutlich geringer. Nur ein Sch<63>ler hatte

rudiment<EFBFBD>re Vorkenntnisse in CAD-Design.

Ziel des Vorhabens war, es Schmuckst<73>cke oder M<>belst<73>cke zu designen. Die unterschiedliche

Zielvorgabe sollte den Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern 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 Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler zur Umsetzung die Software Sketch-Up. Im

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

zu beschr<68>nken, da sowohl die Software, als auch CAD an sich, f<>r die Lerngruppe neu war.

Der Verweis auf den experimentellen Charakter des Unterrichtsvorhabenns sollte den

Sch<EFBFBD>lerinnen und Sch<63>lern Druck nehmen, sodass sie sich auf die Erkundung der Software einlassen

konnten.

Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler arbeiteten in

Gruppen von drei bis vier Personen zusammen an

einem Laptop.

Der Informatiklehrer w<>hrend der achtst<73>ndigen

Arbeitsphase nur in der ersten und dritten Stunde

anwesend.

In der ersten Stunde erhielten die Sch<63>lerinnen und

Sch<EFBFBD>ler eine kurze Einweisung, deutlicher k<>rzer, als

f<EFBFBD>r die Software SolidEdge im vorherigen Unter-

richtsvorhaben n<>tig gewesen war. Hier konnte von

dem kleineren Funktionsumfang und der geringeren

Komplexit<EFBFBD>t der Software Sketch-Up profitiert werden.

Es wurde auf die Problematik von Fl<46>chen hinge-

wiesen (Zweidimensionalit<69>t), und ein Beispiel f<>r die

Abbildung: Schmuckdesign

Erstellung eines geometrischen Objekts gezeigt

(Zylinder). Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler entwickelten

schnell ein Gesp<73>r f<>r das Erstellen von dreidimensionalen Objekten, sodass die Einf<6E>hrung nur etwa

20 Minuten dauerte.

In der dritten Stunde wurde seitens der Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler oft um Hilfe gebeten, da sie

sich von den vorhandenen Grundfiguren in der Software l<>sten. 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 Fl<46>chen, als auch an

L<EFBFBD>chern in Strukturen, was auch sp<73>ter beim Druck deutlich zu erkennen war (siehe unten).

Eine M<>dchengruppe stach heraus, da die Sch<63>lerinnen Probleme mit der dreidimensionalen

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

Auff<EFBFBD>llig war auch, dass sich die Jungengruppen auf das Designen von M<>beln, die M<>dchen-

gruppen hingegen auf das Designen von Schmuckst<73>cken beschr<68>nkten.

F<EFBFBD>r die Nachbearbeitung bzw. den Druck erhielt der Informatiklehrer die Druckdateien im SketchUp-eigenem Dateiformat, obwohl es f<>r das Programm ein Add-on gibt, das in das STL-Format exportieren kann. Dies hatte jedoch den Vorteil, dass die Modelle nochmals ge<67>ndert werden konnten. In zwei F<>llen mussten noch Fl<46>chen entfernt werden (wobei dies nicht unbedingt n<>tig ist, da die verwendete Drucksoftware Fl<46>chen grunds<64>tzlich ignoriert).
Was allerdings auffiel, war die steigende Anzahl von L<>chern in den Modellen. Je h<>her deren Komplexit<69>t war (Stichwort Freihandwerkzeug), desto mehr L<>cher befanden sich darin. Im Schnitt waren dies 3-10 L<>cher pro Modell.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Ein sehr komplexes Modell beinhaltete jedoch ca. 170 L<>cher. Aufgrund dessen wurde der Einsatz von netfabb gew<65>hlt, da diese Software ein automatisiertes Reparieren von Modellen beinhaltet (obwohl auch die Drucksoftware kleine Fehler selbst korrigiert).
Viele der L<>cher waren nicht erkennbar. Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler hatten die Kopieren- und Einf<6E>gen-Funktionen der CAD-Software sehr oft verwendet, um bereits erstelle Teilobjekte nicht neu zu kreieren. Dies f<>hrte zu Fl<46>chen, die sich dem Anschein nach ber<65>hrten. 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 Gr<47>nde 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 Druckvorg<72>nge selbst liefen ohne Probleme durch.

Stuhldesign (Jahrgangsstufe 12)

Diese Unterrichtssequenz im Fach Gestalterisches Zeichnen wurde in der Jahrgangsstufe 12

einer Fachoberschule f<>r Gestaltung durchgef<65>hrt. Die Lerngruppe bestand aus einundzwanzig

Sch<EFBFBD>lerinnen und f<>nf Sch<63>lern. Hinsichtlich der Erfahrung mit CAD- Programmen brachte circa ein

Drittel der Klasse Vorwissen mit, zwei Sch<63>ler hatten bereits in ihrem Praktikum mit einem 3D-

Drucker gearbeitet. F<>r das Projekt waren drei Doppelstunden im Umfang von je 90 Minuten

vorgesehen, wobei eine Doppelstunde eine reine Einf<6E>hrungsstunde darstellen sollte.

In der Fachoberschule f<>r 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 M<>bel 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 M<>bel? Warum z<>hlt er zu den

Designklassikern?" diskutiert. Die Aufgabenstellung f<>r den 3D-Druck bestand schlie<69>lich darin, den

Stuhl so zu ver<65>ndern, dass aus diesem ,,Ein Stuhl f<>r einen K<>nig" wird, demnach eine v<>llig

Rietveld entgegenstrebende Umsetzung des Stuhls. Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler waren unter

anderem zu dem Schluss gekommen, dass es sich um ein sehr unbequemes M<>bel handelt, auf

welchem man nicht lange sitzt.

F<EFBFBD>r 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 ver<65>ndert werden. Auf

diese Weise wurde vor allem Lernenden,

welche keine bis wenig Erfahrung mit

CAD-Programmen hatten, der Einstieg

erleichtert. Bewanderte Sch<63>lerinnen

und Sch<63>ler konnten somit ihre

Abbildung: Stuhldesign (Foto: Werner-J<>ger-Gymnasium Nettetal)

Kenntnisse vertiefen.

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HANDREICHUNG 3D-Druck

Abbildung: Vorkonstruierter Zig Zag Stuhl

Die Aufgabe der Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler war es, zun<75>chst in einem ersten Schritt die

Benutzeroberfl<EFBFBD>che des gew<65>hlten Einstiegsprogrammes Tinkercad kennenzulernen. Anschlie<69>end

schauten die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler ein online verf<72>gbares Tutorial und bauten gleichzeitig den

dort zu konstruierenden Gegenstand mit. Zus<75>tzlich sollten die Lernenden St<53>hle recherchieren,

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

M<EFBFBD>glichkeiten der 3D-Druck bietet, aber auch, welche Probleme entstehen k<>nnen. Die Lehrperson

hatte sich f<>r 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 m<>glich, zu jeder Zeit an jeden Ort auf das Programm zuzugreifen. Zweitens ist

das Programm sehr einfach gestaltet, so dass die Funktionsweise innerhalb k<>rzester Zeit

erschlossen werden kann.

Schlie<EFBFBD>lich wurden von den Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern 12

St<EFBFBD>hle in Partnerarbeit konstruiert. Es fiel auf, dass sich die

Sch<EFBFBD>lerinnen und Sch<63>ler bereits nach 45 Minuten das

Programm erschlossen hatten und nicht wie vorgesehen nach

90 Minuten. Daran l<>sst sich erkennen, dass die Oberfl<66>che

f<EFBFBD>r junge Menschen (digital natives) intuitiv ist. Den

Lernenden bereitete das Erlernen gro<72>en Spa<70> bzw. bot die

schnelle Erfassung einen zus<75>tzlichen Lernanreiz und

Erfolgsgarantie. Die <20>brige Zeit wurde zur Konstruktion der

St<EFBFBD>hle genutzt. Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler durften sp<73>ter

dem Druckprozess beiwohnen. Einige Lernende erhielten

ihren ausgedruckten Entwurf, welches die Faszination weiter

steigerte. Jedoch wurde von den Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern

moniert, dass das Programm stellenweise zu ungenau ist,

obwohl man Ma<4D>e f<>r Objekte eingeben kann, basiert das

Endprodukt nur auf einfachen geometrischen Funktionen und

es ist nicht m<>glich, mittels verbundenen Punkten Objekte zu

konstruieren. Der Funktionsumfang ist deutlich eingeschr<68>nkt.

Jedoch eignet sich das Programm sehr gut als Einstieg.

Alternativ k<>nnten erfahrene Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler

komplexere Programme nutzen.

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

Das Programm wurde nach der Stuhlkonstruktion auf Eigeninitiative der Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler ebenfalls f<>r den Entwurf und die Materialberechnung eines zu bauenden

Stuhls im Fach Holztechnik verwendet.

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HANDREICHUNG 3D-Druck Einige Sch<63>lerergebnisse zum Thema Umgestaltung des ,,Zig Zag Stuhls":
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HANDREICHUNG 3D-Druck Weitere Sch<63>lerergebnisse zum Thema Umgestaltung des ,,Zig Zag Stuhls"
Einige ausgedruckte Modelle:
Foto: B<>rde-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 f<>r den 3D-Druck vorzubereiten.
Die konstruktiven Vorgaben richten sich nach dem in der Schule vorhandenen Tischkicker: <20> Stangendurchmesser 16 mm, <20> Abstand Stangenmitte-Fu<46>unterkante 71 mm, <20> Abstand Stangenmitte-Kopfoberkante maximal <20> 42 mm und Fu<46>breite 23 mm.
Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler arbeiteten allein oder zu zweit an einem Rechner. Bei Schwierigkeiten mit der CAD-Software Inventor sollten sie zun<75>chst versuchen, diese in Gruppen zu l<>sen und nur in Ausnahmef<65>llen den Lehrer zu fragen. Eine Internetrecherche war zugelassen. Auf diese Weise hatte die Lehrperson Zeit, sich um einzelne Sch<63>lergruppen intensiver zu k<>mmern.
Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler waren w<>hrend der gesamten Durchf<68>hrungsphase 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 gepr<70>gten beruflichen Umfeld der Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler vorzufinden ist. Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler sollten das gew<65>nschte 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, gef<65>hrtes 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 Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler merkten schnell, dass Sie mit ihren bisherigen CAD-Kenntnissen an ihre Grenzen stie<69>en bzw. dass die technisch ausgerichtete CAD-Software f<>r diese Aufgabe nicht geeignet ist.
Zum Teil wurden die Figuren von den Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern mit einer anderen Software (Tinkercad) online weiter bearbeitet. F<>r 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 Sch<63>lerergebnisse zum Thema ,,Design von Kickerfiguren":
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Unterrichtsbeispiele zum digitalen Modellieren
Das digitale Modellieren oder auch Skulptieren (,,sculpting") erm<72>glicht, verglichen mit dem digitalen Konstruieren, einen eher intuitiven Zugang. Erfahrungen mit Modelliermassen wie Plastillin, Ton oder Papiermach<63>e sind genauso leicht auf die digitalen Werkzeuge <20>bertragbar wie der Umgang mit Abtrenn- oder Abtragwerkzeugen. Es kommen 3D-Modelle in Betracht, bei denen es weniger auf technische Ma<4D>haltigkeit ankommt.

Insekten- oder Alienk<6E>pfe (jahrgangs<67>bergreifend Sekundarstufe I)

Die Software SculptGL wurde in einer Arbeitsgemeinschaft Kunst erprobt, an der 14 Sch<63>lerinnen und ein Sch<63>ler verschiedener Jahrgangsstufen der Sekundarstufe I teilnahmen.
Weil nur eine Doppelstunde zur Verf<72>gung stand, wurde die Aufgabenstellung auf die Bedingungen der Software abgestimmt. Beim Programmstart erscheint eine Kugel und f<>llt die Szene, wobei die Symmetrie-Funktion bereits aktiviert ist. Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler erhielten die folgende Aufgabe: ,,Entwerfe auf Basis der Kugel eine Insekten- bzw. Alienkopf."
Nach Erfahrungen der Autoren ist es leicht m<>glich, Phantasiek<65>pfe oder insektenartige K<>pfe zu entwerfen, da man durch die SymmetrieAbbildung: Ergebnis einer Sch<63>lerin Funktion schnell zu Ergebnissen kommt und bspw. an beiden Seiten des Kopfs gleichzeitig F<>hler erstellen kann. Die Reaktion auf das Thema ,,Insekten- und Alienk<6E>pfe" war unterschiedlich. Aufgrund der technischen Voraussetzungen an der Schule wurde die Gruppe gesplittet. Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler 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 unterst<73>tzen keine 3D-Anwendungen. Da die Software jedoch eine Web-Applikation ist, sollte gepr<70>ft werden, ob SculptGL als Web-Applikation auch f<>r 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 Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler Spa<70> und waren eifrig bei der Sache. Sie waren dem Thema teilweise eher abgeneigt. Das Beispiel einer sehr jungen Sch<63>lerin aus dem 6. Jahrgang zeigt, dass ihr die Aufgabenstellung nicht gerecht wurde. Sie h<>tte deutlich mehr Zeit ben<65>tigt, um mit den Herausforderungen des 3DDesigns an einem 2D-Bildschirm umgehen zu k<>nnen.
Viele j<>ngere Sch<63>lerinnen erkannten zun<75>chst nicht die Dreidimensionalit<69>t 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 er<65>ffnen, die allseitig bearbeitet werden k<>nnen und m<>ssen.
Abbildungen: Vorderseite und R<>ckseite 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 St<53>tzmaterial nicht druckbar. Deshalb sollte man die

Voraussetzungen f<>r den Druck mit den Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern besprechen.

Testweise wurde ein Modell gedruckt.

Man erkennt, dass die Formgebung der

Figur nur schlecht ablesbar ist. Dies ist der

Gr<EFBFBD><EFBFBD>e 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.

Grunds<EFBFBD>tzlich bestanden keine Schwie-

rigkeiten beim Import und Export. Diese

Abbildung: Ausdruck eines Alienkopfs. Die Augen sind schlitzartig ge<67>ffnet. Die Gehirnmasse ist im Entwurf

lagen in der mangelnden Erfahrung der Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler mit der Software, da die Oberfl<66>che keiner <20>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 Sch<63>lerinnen mit koreanischem Migrationshintergrund ihre

Herkunftssprache als Benutzersprache ausgew<65>hlt. Ben<65>tigten sie Hilfe von der Lehrperson, musste

zun<EFBFBD>chst auf Englisch gewechselt werden. Da den beiden Sch<63>lerinnen fachsprachliche Ausdr<64>cke

auf Koreanisch fremd waren, wechselten sie im Verlauf auf Englisch zur<75>ck.

Insgesamt kamen die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler mit der Modellierung zurecht. In der Einf<6E>hrung wurden die Werkzeuge der Software erl<72>utert, weitergehende Optionen der Software wurden nicht verwendet. Die Funktion ,,R<>ckg<6B>ngig" war jedoch sehr gefragt. Vieles basierte auf dem Prinzip Versuch und Irrtum.
Es standen zwei Browser zum Aufruf der Webseite zur Verf<72>gung. Ein veralteter Browser zeigte leichte Inkompatibilit<69>ten 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 fl<66>ssiges Arbeiten m<>glich. 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 f<>r 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 Oberfl<66>che enthalten, die die Darstellung f<>r Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler reizvoll erscheinen lassen, aber f<>r den 3D-Druck <20>berfl<66>ssig sind und von der Formgebung des Meshes ablenken. Ob das Polygonnetz <20>berhaupt von der in der Schule verwendeten Software importiert werden kann, ob es ggf. durch FehlerkorrekturSoftware bis zur Druckf<6B>higkeit weiterbearbeitet werden muss, l<>sst 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 gro<72>e 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 er<65>ffnet der 3D-Druck neue M<>glichkeiten f<>r den Unterricht er<65>ffnet. So kann handwerklich weniger ge<67>bten und damit oft weniger motivierten Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern eine M<>glichkeit er<65>ffnet werden, sich der plastischen Gestaltung auf anderem Wege zu widmen.
An der Schule, in der dieses Unterrichtsprojekt durchgef<65>hrt wurde, wird seit mehr als 16 Jahren eine dreist<73>ndige Schuljahresabschlussfeier veranstaltet. Dort werden Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern, die in unterschiedlichen Bereichen Bemerkenswertes geleistet haben, mit dem ,,HVK-Award" ausgezeichnet. Im vorliegenden Unterrichtsprojekt sollte f<>r jede der unterschiedlich ausgezeichneten Disziplinen ein eigener Award gestaltet werden. Es galt dabei, m<>glichst klar die jeweilige Disziplin der Preisverleihung zu verdeutlichen.
Gleichzeitig sollte ein f<>r alle Entw<74>rfe identischer, mit dem Schullogo versehener Sockel in jedem Entwurf ber<65>cksichtigt werden. Hierzu fertigten die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler Skizzen in Hauptansichten an.
Die Software SketchUp bot sich an, weil sie die M<>glichkeit bietet, die in der Online-Datenbank ,,SketchUp-Warehouse" verf<72>gbaren 3D-Modelle miteinander zu kombinieren. Als Ausgangsbedingung wurde festgelegt, dass das Designobjekt in eine quaderf<72>rmige Verpackung mit quadratischem Grundma<6D> von 8 x 8 cm und 12 cm H<>he passt.
Bei der Durchf<68>hrung ergaben sich in zweierlei Hinsicht Probleme. Zun<75>chst erwies es sich als schwierig, ausgew<65>hlte Gegenst<73>nde miteinander in Verbindung zu bringen. Was aus einer Ansicht verbunden erschien, war aus anderer Perspektive als unverbunden zu erkennen. Der Entwurf muss st<73>ndig rotiert und die Ma<4D>e sowie die Abbildung: Entw<74>rfe eines Schul-Awards Raumbez<65>ge aus immer wieder neuen Blickwinkeln (B<>rde-Berufskolleg, Soest) <20>berpr<70>ft werden, was den Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern 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 Oberfl<66>chen. Attraktiv wirken Objekte mit ,,Skins" in Farbe, die aber von der Formgebung ablenken.
Das Unterrichtsvorhaben wurde daraufhin abgebrochen und die Aufgabenstellung in einer h<>heren Jahrgangsstufe neu aufgegriffen.
Das folgende Unterrichtsvorhaben wurde im Fach Gestaltungstechnik in einer Fachoberschule f<>r Gestaltung durchgef<65>hrt. Die Klasse bestand aus 29 Lernenden. Bez<65>glich 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 Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler allgemein mit dem 3D-Druck bekannt gemacht. Sie sahen einen Film dazu und recherchierten im Internet nach geeigneten Objekten. Anschlie<69>end bearbeiteten die Lernenden die Aufgaben eines Tutorials der Software Tinkercad, indem sie die Objekte des Tutorials nachbauten. Die Software Tinkercad wurde von der Lehrperson gew<65>hlt, 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 f<>r ein Schulturnier zu konstruieren, welcher dreidimensional gedruckt werden sollte. Die Vorgabe dabei war, einen Sockel f<>r 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 m<>ssen.
Der Auftrag der Konstruktion eines Pokals erfolgte im Rahmen der Unterrichtsreihe: ,, Ein Plakat f<>r unser Sportturnier". Die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler hatten im Vorfeld Plakate f<>r das j<>hrlich an ihrer Schule stattfindende Sportturnier entworfen. Die Reihe sollte nun durch den Ausdruck eines Pokals abgeschlossen werden. Gleichzeitig kann der Pokals f<>r weitere Veranstaltungen genutzt werden. Auf den immer gleichen Sockel k<>nnen je nach Veranstaltung verschiedene Pokale aufgesteckt werden.
In den folgenden beiden Unterrichtsstunden setzten die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler ihre Entw<74>rfe um. Dem Gro<72>teil der Lernenden fiel es leicht, sich in das Programm hineinzufinden. Einige Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler stellten sich als Experten heraus und halfen anderen bei Problemen. Generell best<73>tigte sich, dass sich das Programm f<>r Einsteiger eignet, da sich die Sch<63>lerinnen und Sch<63>ler schnell die Funktionsweise der Software angeeignet hatten. Abschlie<69>end durften die Lernenden dem Druck beiwohnen.
Die verwendete Software wurde abschlie<69>end evaluiert. Die Lernenden mussten Fragen beantworten wie ,,Was sind die Vorteile des Programms? Wie k<>nnte man das Programm verbessern? Kennen Sie weitere Programme zum Modellentwurf f<>r 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 <20>bersichtlich ist, kostenfrei und Hotkey-Funktionen bietet. Kritisiert wurde, dass man nicht alle Dateiformate einf<6E>gen kann, nur eine eingeschr<68>nkte Objektauswahl hat und dass nur wenige Feinheiten einzustellen sind. Au<41>erdem fehle ein komplexes Men<65>, um Figuren schneller <20>ndern zu k<>nnen. Generell sind Bema<6D>ungen schwierig. Aus Sicht der Lehrperson k<>nnte man anschlie<69>end weitere Projekte mit komplexerer Software umsetzen.
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HANDREICHUNG 3D-Druck Einige Unterrichtsergebnisse von Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern:
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Einige zus<75>tzliche Unterrichtsideen f<>r den 3-D-Druck speziell im Kunstunterricht
Spiel- und Sammelfiguren stellen (ebenso wie Sammelkarten) einen gro<72>en Markt f<>r Kinder und Erwachsene dar. Die Themen f<>r die Figuren entstammen den verschiedensten Comic- und FantasyWelten. Figuren aus z.B. StarWars, Anime-Figuren, SpongeBob und Superhelden sind ebenso vertreten wie Sportfiguren (Basketball, Fu<46>ball etc.).
Die folgenden Themen sind im Kunstunterricht der Sekundarstufe I denkbar:
1. Fantasy- oder Comic-Figuren jenseits von Kermit, Batman, Robocop, Pok<6F>mon, Anime und SpongeBob entwickeln. Didaktische Chancen: <20> Im Falle arbeitsteiligen Arbeitens entstehen verschiedenartige Figuren, die auf Wunsch reproduzierbar sind - ein zentrales Merkmal der digitalen Medien. <20> Im Unterricht k<>nnen die oft gewaltverherrlichenden oder sexistischen Darstellungen reflektiert werden. <20> Kleinfiguren mit ausladenden Formen, z.B. Extremit<69>ten, sind in Ton nicht herstellbar. <20> Ein Comic-Projekt kann um eine Einheit zur dreidimensionalen Gestaltung erweitert werden. <20> Anschlie<69>end k<>nnten kurze Legetrick-Filme (Stop-Motion mithilfe z.B. einer iPad-App) erstellt werden. <20> Die Figuren k<>nnen im Sinne der inszenierten Fotografie in eine gestaltete B<>hne oder nicht speziell hergestellte Umr<6D>ume eingesetzt und fotografiert werden.
2. Kleinlebewesen in Originalgr<67><72>e rekonstruieren Didaktische Chancen: <20> Das genaue Beobachten und Wahrnehmen der Grundstrukturen von Lebewesen wird geschult. <20> Filigrane Kleinfiguren sind in Ton nicht herstellbar. <20> Die Objekte k<>nnen f<>r den Biologie-Unterricht genutzt werden. <20> Die Besch<63>ftigung mit den Kleinlebewesen (Spinnen, Fliegen, Insekten) erm<72>glicht einen neuen Blick auf die Objekte. <20> Ein Zeichenprojekt kann den Grad der Abbildhaftigkeit thematisieren.
3. (Menschliche) Figuren auf geometrische Formen reduzieren <20> ,,Jedem seine Gliederpuppe!" Didaktische Chancen: <20> Verst<73>ndnis f<>r den Aufbau des menschlichen K<>rpers <20> Komplexit<69>t auf Wesentliches reduzieren (Abstrahieren) <20> Proportionslehre anwenden bzw. Proportionsstudien betreiben <20> Im Anschluss oder zur Vorbereitung eines Unterrichtsvorhabens zur Personendarstellung (als Zeichnung oder Radierung)
4. Figur mit beweglichen Elementen <20> ,,Gliederpuppe ick h<>r dir trapsen" Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Zusammenarbeit mit dem Fach Technik <20> Eine B<>hne mit Accessoires gestalten und die Figur entsprechend des Themas platzieren <20> Inszenierte Fotos von Mini-Arrangements
5. Ausstattung eines Puppenhauses <20> ,,Playmobil 2.0" Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Bau oder Nutzung eines bestehenden Puppenhauses <20> M<>beldesign und Innenraumdesign thematisieren <20> Ausstattung verschiedener Funktionsr<73>ume (Wohn-, Arbeits-, Schlaf-, Wellness-, Konferenzraum) <20> Eventuell die Zimmer im Stil verschiedener Epochen ausstatten <20> M<>gliche Kriterien: Ergonomie, Vielfalt, Innovation, Funktionalit<69>t
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HANDREICHUNG 3D-Druck
6. Figurengruppe im Raum - In Anlehnung an Alberto Giacometti oder Duane Hanson Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Haltungen als Ausdruckstr<74>ger <20> Positionen variieren und damit Beziehungen (N<>he, Distanz, Ablehnung) darstellen <20> Mehransichtigkeit von Plastiken fotografisch dokumentieren <20> Grenzen der fotografischen Darstellungsf<73>higkeit von Plastiken aufzeigen, indem sinnvolle und das Arrangement verschleiernde Aufnahmen gemacht werden.
7. Ausstechformen gestalten - Jedes Pl<50>tzchen braucht eine Form! Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Ggf. in Kooperation mit einem Sch<63>lerfirma-Projekt oder in Kooperation mit dem Fach Wirtschaft <20> Formen auf die Jahreszeit abstimmen oder Anlehnung an den Namen oder das Logo der Schule
8. Druckstock f<>r den Hoch- oder Tiefdruck - Der Drucker <20>bernimmt den Radierstift und das Linolschnittmesser Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Stempel k<>nnen ohne Schnittwunden erstellt werden. <20> Fehler sind korrigierbar. <20> Feinste Linien, Formen und Muster sind machbar.
9. Weihnachtsbaumschmuck - Alles zwischen Sternen und Engeln ist m<>glich Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Jede Sch<63>lerin bzw. jeder Sch<63>ler tr<74>gt mit einem anderen Objekt zur Gesamtgestaltung bei. <20> Die verschieden Ergebnisse sind kombinierbar.
10. Mobile aus fl<66>chigen Objekten - Tierformen oder abstrakte Formen Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Einstieg in den 3D-Druck f<>r die Orientierungsstufe <20> Abstraktion auf die Kontur <20> Ggf. in Anlehnung an Keith Haring
11. Schl<68>sselanh<6E>nger - Verwechslungen ausgeschlossen Didaktische Chancen und Hinweise: <20> Individuelle Motive <20> Funktionalit<69>t ist zu beachten: Haltbarkeit, <20>se f<>r einen Schl<68>sselbundring oder eine Metallkette.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Probleme beim Druck <20> Erste L<>sungsans<6E>tze
Die Probleme, die beim Druck entstehen k<>nnen, 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 Gef<65>hl f<>r das Ger<65>t und das verwendetet Material entwickelt.
F<EFBFBD>r 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 m<>glich, individuelle Hilfe zu erhalten.
Zu Beginn kommt es oft zu Problemen, denen man als Anf<6E>nger ratlos gegen<65>bersteht. Visual troubleshooting guides bieten einen ersten einfachen Zugang zur Problemfindung. Beispiele f<>r solche Seiten finden sich bei einem norwegischen Drucker-Distributor oder auf den Seiten des RepRap-Projektsxlvi.
Hier nur ein grober <20>berblick <20>ber die am h<>ufigsten vorkommenden Probleme:
Allgemeine Drucktipps
 F<>r 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 st<73>ndig wechseln, um n<>tige Kalibrierungen nicht mehrmals vornehmen zu m<>ssen. Auch die Umwelteinfl<66>sse sollten konstant gehalten werden. So verh<72>lt sich das Filament in der Abk<62>hlungsphase 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 <20>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 durchl<68>uft, stark gestiegen. Erst dann sollte man den Raum verlassen.
 Man sollte so wenig Masse wie m<>glich in dem Modell verwenden. Das reduziert die Druckzeit. Die Drucksoftware bietet M<>glichkeiten, Hohlr<6C>ume mit St<53>tzmaterial zu f<>llen.
 Speziell f<>r die Schule: Versprechen Sie Ihren Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern nichts. Man sollte mit ihnen die Technik besprechen, aber auch deutlich machen, dass es viel Zeit und Experimentierfreude ben<65>tigt, und ein Druck auch fehlschlagen kann. Sie reagieren dann mit viel Verst<73>ndnis. 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/W<>lben 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 Konstruktions<6E>nderungen vornehmen, um Spannungen vorzubeugen. Manche Drucksoftware unterst<73>tzt auch Hilfsmittel, wie bspw. einen Rand oder Sockel unter das Modell zu drucken.
 Das Filament stockt oder wird nicht fl<66>ssig aus der D<>se gedr<64>ckt
Hier k<>nnen viele Faktoren das Problem verursachen. Zun<75>chst 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 eingr<67>bt, 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 pr<70>fen, ob die Temperatur der D<>se korrekt eingestellt ist. Ist diese zu kalt, kann das Filament nicht schnell genug schmelzen. Evtl. ist auch das Heizelement oder der Temperatursensor defekt. <20>blicherweise ist jedoch die D<>se verstopft und sollte gereinigt bzw. ersetzt werden (Herstellerangaben beachten! Oft gibt es auch Alternativl<76>sungen aus der Community). Die D<>se ist ein Verschlei<65>teil 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). Au<41>erdem sollte darauf geachtet werden, dass das Druckbett korrekt kalibriert wurde. Die D<>se dr<64>ckt das Filament immer leicht auf die untere Filamentlage bzw. auf das Druckbett. Sollte der Abstand zu gro<72> sein, ist der Druck, den die D<>se aus<75>bt, nicht gro<72> genug.
 Skipped Layer
Unter Skipped Layer versteht man L<>cken, die beim Drucken in der horizontalen Ebene entstehen k<>nnen. Es sieht so aus, als h<>tte der Drucker eine Lage des Filaments teilweise oder ganz vergessen. Probleme k<>nnen beispielsweise bei der Extrusion, also dem Herausdr<64>cken des Filaments aus der D<>se, entstehen. Das kann an einer zu kalten D<>se liegen, als auch an einem Filament grindig. Die D<>se 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 m<>glich, dass die Z-Achse gefettet/ge<67>lt werden muss, damit der Druckkopf bzw. das Druckbett gleichm<68><6D>ig laufen kann. Die meisten Probleme, die bei Testdrucken entstanden, waren auf mangelhafte Kalibrierungen zur<75>ckzuf<75>hren.
Diese kleine Auswahl ersetzt nicht die intensive Besch<63>ftigung 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 k<>nnen, St<53>tzstrukturen zu beseitigen, Oberfl<66>chen zu gl<67>tten und einzeln gedruckte Teile zusammenzukleben. Gestaltungsm<73>glichkeiten bieten sich auch im Bereich der Farbe.
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Polygonfehler

Im Kapitel ,,Vom Scan zum Ausdruck" wurde bereits <20>ber die vielen Arbeitsschritte berichtet, die Scandaten zu Druckdaten von 3D-Modellen durchlaufen m<>ssen. Auch downgeloadte InternetDateien sollten auf Fehler <20>berpr<70>ft werden. Fehlerhafte Polygonnetze (Meshes) k<>nnen Druckfehler verursachen. Hier eine Auswahl der h<>ufigsten Fehler.

 Modell nicht geschlossen (,,wasserdicht")
Gemeint ist, dass alle Punkte in dem Model miteinander verbunden sind. Gibt es eventuell winzige L<>cher oder einen Verschnitt? F<>r den 3D-Druck m<>ssen alle Punkte und Linien miteinander verbunden sein, damit das Modell ein komplett "geschlossenes Mesh" bildet.

 Bad edge
Bad edges sind L<>cher, die entstehen, wenn zwei Polygone keine
gemeinsame Kante haben.

 Non-manifold edges (Objekt ,,nicht-mannigfaltig")
Eine Fl<46>che wird nicht-mannigfaltig, wenn diese eine Kante hat, die f<>r mehr als zwei Fl<46>chen eine Kante ist. Dies kann der 3D-Drucker nicht verarbeiten.

Abbildung: bad edge

 Fl<46>chen nicht richtig ausgerichtet
3D Objekte bestehen aus vielen Fl<46>chen. Alle Fl<46>chen haben eine Innen- und eine Au<41>enseite. Die Au<41>enseiten m<>ssen wirklich nach au<61>en zeigen. Die sogenannten "Normalen" der Fl<46>chen des Objekts sollten somit alle in die richtige Richtung zeigen. Wenn das Objekt Fl<46>chen hat, deren Normalen invertiert sind, dann kann ein 3D-Drucker oft nicht feststellen, welche Seite die Au<41>enseite (oder die Innenseite) des Objekts ist.

 Duplicate lines or faces
In einem Mesh k<>nnen Raumk<6D>rper sich gegenseitig durchdringen. Solche doppelt oder redundant definierten Bereiche sind unn<6E>tig und sollten beseitigt werden.

Besonders problematisch sind Fl<46>chen, welche eigentlich zusammen einen dreidimensionalen K<>rper 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 Grundfl<66>che eines Kreis mit 650mm Durchmesser
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HANDREICHUNG 3D-Druck

Extrudieren der Grundform Austragen des Zylinders

Modellierung des Griffs Zeichnen der rechteckigen Grundfl<66>che mit einer Breite von 100 mm und einer H<>he 500 mm
Austragen des Rechtecks

Zeichnen der Innenfl<66>che und Subtraktion eines Zylinders f<>r 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 Freiformfl<66>chen (B-Splines)

Zeichnen der Freiformfl<66>che

Rotation der Fl<46>che um die Mittelachse Zeichnen des Profils und des Pfades
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HANDREICHUNG 3D-Druck Gef<65>hrte 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 Sch<63>lerinnen und Sch<63>lern
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Exemplarische Arbeitsauftr<74>ge f<>r 3D-Projekte
HILFE!!! Roboter erobern das Einhard! Zum Gl<47>ck sind sie klein...
Menschen schwimmen durch Pf<50>tzen, k<>mpfen gegen Insekten oder werden von Zigaretten erschlagen. Wie das sein kann? Der Streetart-K<>nstler Slinkachu hat durch Fotografien seiner Arbeiten Ber<65>hmtheit erlangt, in denen er kleine Modellfiguren in typische Stadtlandschaften setzt und damit gewohnte Gr<47><72>enverh<72>ltnisse ver<65>ndert.

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 sp<73>ter fotografieren m<>chtet.

2) Setzt die st<73>rkste Skizze am PC als Entwurf f<>r einen 3D-Druck aus. Beachtet dabei die Allansichtigkeit der Figur und die K<>rperhaltung. Die Ma<4D>e der Figur sollen 40x80x120 mm nicht <20>berschreiten.

3) Platziert den Roboter im Schulgeb<65>ude und inszeniert eine Szene zum Thema. Gerne d<>rft ihr den Roboter mit Requisiten erg<72>nzen. Recherchiert im Internet zu den Streetart-K<>nstlern Slinkachu und Anton Tang und deren Arbeiten, um Merkmale einer guten fotografischen Inszenierung festzustellen.

Viel Spa<70>!

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" <20> Schmuckdesign

Die Herausforderung ist es, ein tragbares Schmuckst<73>ck (Ring, Ohrring, Armband, Kette oder Schl<68>sselanh<6E>nger) aus geometrischen Formen zu designen.

Geht dazu in folgenden Schritten vor:

1) Erschlie<69>t euch zun<75>chst die Funktionsweise der Software, indem ihr einfache geometrische K<>rper zu Schmuckst<73>cken zusammensetzt (diese m<>ssen 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 h<>lt die Ergebnisse der Recherche im Artbook fest und entwirft zeichnerisch eine Skizze des Schmuckst<73>cks im Artbook, welche dem Grundsatz ,,form follows fantasy and emotion" folgt.

3) Setzt die geeignetste Skizze der Gruppe am PC als Entwurf f<>r einen 3D-Druck um. Beachtet dabei die Allansichtigkeit des Objektes und die Herausforderung, es aus geometrischen Formen zu bilden. Au<41>erdem m<>sst ihr es an die Ma<4D>e des menschlichen K<>rpers anpassen.

1. Hinweis: Euer Schmuckst<73>ck kann als Ganzes gedruckt werden (Ring, Anh<6E>nger) oder in Form mehrerer kleiner Teile (Kette, Armband, Ohrring). Im zweiten Fall k<>nnen die ausgedruckten Einzelteile sp<73>ter <20>ber eine Kette oder Aufh<66>ngungen 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 <20>nderungen/Probleme, eine kritische Bewertung des Endproduktes und die Werbung zum Produkt von jedem Gruppenmitglied schriftlich festgehalten werden.

Viel Spa<70> und Erfolg!

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HANDREICHUNG 3D-Druck
M<EFBFBD>beldesign aus dem Drucker!
Bildet eine 3er-Gruppe und bearbeitet die folgende Aufgabe:
,,form follows function" <20> M<>beldesign
Die Herausforderung ist es, den Prototyp eines M<>belst<73>cks (Tisch oder Stuhl) aus geometrischen Formen im Ma<4D>stab 1:20 zu designen.
Geht dazu in folgenden Schritten vor:
1) Erschlie<69>t euch zun<75>chst die Funktionsweise Abbildung: pixabay der Software, indem ihr einfache geometrische K<>rper zu M<>belst<73>cken zusammensetzt (diese m<>ssen hinsichtlich des Designs nicht durchdacht sein und werden auch nicht bewertet).
2) Recherchiert im Internet zu M<>beln aus geometrischen Formgebilden und gedruckten M<>beln. Jeder in der Gruppe h<>lt die Ergebnisse der Recherche im Artbook fest und entwirft zeichnerisch eine Skizze des M<>belst<73>cks im Artbook, welche dem Grundsatz ,,form follows function" folgt.
3) Setzt die geeignetste Skizze der Gruppe am PC als Entwurf f<>r einen 3D-Druck um. Beachtet dabei die Allansichtigkeit des Objektes und die Herausforderung, es aus geometrischen Formen zu bilden. Au<41>erdem m<>sst ihr den Ma<4D>stab einhalten.
1. Hinweis: Den Ma<4D>stab berechnet ihr, indem ihr jede L<>nge des wirklichen Produkts durch 20 teilt. Beachtet au<61>erdem, dass ihr f<>r den Druck St<53>tzmaterial einf<6E>gen k<>nnt.
4) Fertigt eine Zeichnung des M<>belst<73>cks 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 <20>nderungen/Probleme, eine kritische Bewertung des Endproduktes und die Werbung zum Produkt von jedem Gruppenmitglied schriftlich festgehalten werden.
Viel Spa<70> 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 M<>bel soll unter der folgenden Thematik umgestaltet werden: Zig Zag f<>r einen K<>nig. Das hei<65>t, Sie bearbeiten den gegebenen Stuhl so, dass er f<>r einen K<>nig ein angemessenes Sitzm<7A>bel darstellt (egal f<>r welche Funktion, z.B. Thron, Tischstuhl, WC).
Arbeitsschritte: Gehen Sie wie folgt vor:
1. Erschlie<69>en Sie sich zun<75>chst die Software und schauen sich anschlie<69>end das Tutorial an. Bauen Sie den gegebenen Gegenstand des Tutorials nach, um die Funktionsweise der Software besser zu verstehen.
2. Stellen Sie nun <20>berlegungen zur Ver<65>nderung des Zig Zags Stuhls an und skizzieren Sie diese. 3. Setzen Sie Ihre Entw<74>rfe am Rechner um.

Allgemeine Informationen zum ,,Zig Zag Stuhl"
Rietveld entwarf den aus Ulme gefertigten Stuhl zwischen 1932 und 1934. Er hat eine H<>he von 75cm, eine Breite von 37 cm und eine Tiefe von 44,5 cm. Die Sitzh<7A>he des Zig Zag Stuhls betr<74>gt 42,5 cm. Das Material wird durch Messingschrauben zusammengehalten. Zus<75>tzlich befinden sich Schwalbenschwanzverbindungen zwischen der Sitz- und R<>ckenfl<66>che. H<>lzerne 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 M<>belentw<74>rfe 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 k<>nnen die Figur individuell gestalten. Ihre Funktion in einem Tischkicker-Spiel darf dadurch nicht eingeschr<68>nkt sein. Die Figur soll folgende Hauptma<6D>e besitzen: Stangendurchmesser 16 mm, Abstand Stangenmitte-Fu<46>unterkante 71 mm, Abstand Stangenmitte-Kopfoberkante maximal 42 mm und Fu<46>breite 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.

Erl<EFBFBD>uterung: J<>hrlich findet an unserem Berufskolleg ein Sportturnier in den Sportarten V<>lkerball, Fu<46>ball und Volleyball statt. Daf<61>r 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 Aufs<66>tze f<>r 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 f<>r den Pokal einbauen.

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

Modelle von einer Online-Datenbank auszuw<75>hlen und herunterzuladen (z.B. einen Fu<46>ball, welcher

schon dreidimensional erstellt wurde), die sie dann weiterbearbeiten k<>nnen, indem sie sie mit

eigenen Elementen kombinieren. Der Pokal soll auf den von Ihnen erstellten Fu<46> aufgesteckt werden.

Dementsprechend m<>ssen Sie f<>r das heruntergeladene Objekt eine passende Steckverbindung

konstruieren.

Arbeitsschritte: Gehen Sie in den folgenden Schritten vor: 1. Erschlie<69>en Sie sich zun<75>chst die Software, indem Sie den gegebenen Gegenstand des Turorials nachbauen.
2. Recherchieren Sie im Internet diverse Modelle f<>r Sportpokale und machen Sie sich in Einzelarbeit Skizzen f<>r Ihren Entwurf.
3. Diskutieren Sie die Skizzen in Dreiergruppen! Setzen Sie die f<>r die L<>sung der Aufgabe geeignetste Skizze Ihres Teams am Rechner f<>r 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 <20>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 f<>r digitales 2D- und 3DDesign.Verbraucher k<>nnen hier Lizenzen f<>r CAD-Software erhalten.
Bridging Das <20>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 Grundger<65>st 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
Druckerd<EFBFBD>se Teil eines Tintenstrahldruckers. durch den die Tinte auf das Papier geschossen wird. Kommt auch im 3D-Druck zum Einsatz, verdruckt dabei jedoch fl<66>ssiges Bindemittel.
Drucksoftware Die im Begleitmaterial des Druckers mitgelieferte Drucksoftware erledigt mehrere Aufgaben, die f<>r den Druck notwendig sind. In der Praxis lassen sich diese Aufgaben nicht immer voneinander abgrenzen. <20> Analyse des STL-Modells auf Druckprobleme, teils auch Einf<6E>gen von St<53>tzmaterial bei
<EFBFBD>berh<EFBFBD>ngen. <20> Slicing (s.u.) <20> Erstellung von Steuerdaten f<>r den Drucker, die den Druckkopf steuern (auch bekannt als G-
Code, s.u.).
Emission ,,Aussto<74>", Aussendung von St<53>rfaktoren in die Umwelt
Epoxidharz Kunstharz, das zum Kleben und zum 3D-Drucken verwendet wird und nach dem Trocknen au<61>erordentlich hart ist.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Extruder Tell eines FDM-3D-Druckers, das das zu verdruckende Material auftr<74>gt. Wird auch oft als Hotend bezeichnet.
Fabbing Herstellung eines Produkts am Ort seines Bedarfs.
Fab Labs Offene Werkst<73>tten mit dem Ziel, Privatpersonen den Zugang zu Produktionsmitteln und modernen industriellen Produktionsverfahren f<>r Einzelst<73>cke zu erm<72>glichen.
FDM- bzw. FFF-Verfahren FDM, Abk<62>rzung f<>r ,,Fused Deposition Modelling" und FFF f<>r ,,Fused Filament Fabrication", zwei Bezeichnungen f<>r dasselbe 3D-Druckverfahren der Schmelzschichtung. Dies ist ein weitverbreitetes Verfahren, bei dem ein Werkst<73>ck schichtweise aus einem schmelzf<7A>higen 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 f<>r den Filamentvorschub sich zu tief in den Filamentfaden eingr<67>bt, 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 Hei<65>e 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 n<>chste Schicht aufgebracht wird.
Maker Betreiber von Fabbing (s.o.) mit Anteilen eigener Erfindungen.
Mesh Polygonnetz zur Darstellung einer dreidimensionalen Objektoberfl<66>che. Ein Meshobjekt besteht aus Kontrollpunkten (Vertices), zwischen denen Linien (Edges) aufgespannt sind. Zwischen den Linien sind Fl<46>chen (Faces) aufgespannt. Diese Fl<46>chen 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 f<>hrt: falsch ausgerichtete Kanten im Polygonnetz.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
NURBS Abk<62>rzung f<>r ,,Non-Uniform Rational B-Splines", sind Kurven, die mathematisch pr<70>zise definiert werden k<>nnen, wodurch auch die Erstellung von ebenso pr<70>zise definierbaren Fl<46>chen zwischen den Kurven m<>glich wird.
Open Source Software, deren Quellcode frei zug<75>nglich ist und die sich unter gewissen Bedingungen ohne weitere Kosten verwenden l<>sst.
Perimeter Wandst<73>rke eines hohlen oder mit F<>llung gedruckten Objekts.
Photopolymere Lichtempfindliches Kunstharz.
PLA Polyactide oder Polymilchs<68>uren, Abk<62>rzung f<>r ,,Polilactic Acid". Thermoplastischer Biokunststoff, der derzeit der am meisten verwendete Kunststoff im Bereich der FDM- bzw. FFF-3D-Drucker.
Plotter Zeichenger<65>t bzw. Alternative zum Drucker zur Nutzung mit dem Computer, das auf zwei bewegliche Achsen und darauf montierten Stiften basiert. Wird speziell f<>r die Darstellung gro<72>formatiger Pl<50>ne oder Konstruktionszeichnungen verwendet.
Plug-in Erg<72>nzungsprogramm, das die Funktionalit<69>t 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 erh<72>lt, indem man mindestens drei voneinander verschiedene Punkte in einer Zeichenebene miteinander verbindet, sodass durch den entstandenen Linienzug (Polygonzug) eine Fl<46>che umschlossen wird.
Polymer Spezielles Kunstharz.
Prototyp Versuchsmodell f<>r ein neues Ger<65>t 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 f<>r den Druck aufbereitet, in dem es sie in Schichten aufteilt. Diese Schichten repr<70>sentieren die einzelnen Drucklagen, die der Drucker sp<73>ter auf der Druckplatte auftr<74>gt.
Slicing Vorgang des schichtweisen Zerlegens eines 3D-Obiekts in Vorbereitung auf den 3D-Druck.
Solid Im Unterschied zum Mesh sind beim Solid die Oberfl<66>chen 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 <20>nderung der Gr<47><72>e.
STL-Format Die STL-Schnittstelle (Surface Tesselation Language) ist eine Standardschnittstelle vieler CADSysteme. Sie stellt geometrische Informationen dreidimensionaler Datenmodelle bereit.
St<EFBFBD>tzstrukturen (auch als Supportmaterial bezeichnet) Strukturen, die beim 3D-Druck verwendet werden, um frei h<>ngende Strukturen an 3D-Obiekten drucken zu k<>nnen.
Subdivisionsoberfl<EFBFBD>chen Geometrien, die ausschlie<69>lich aus viereckigen Polygonen bestehen und daher immer wieder unterteilt werden k<>nnen.
Subtraktionsk<EFBFBD>rper Ergebnis einer Operation, bei der zwei Objekte miteinander verbunden werden und dann eines vom anderen abgezogen wird.
Topografie Struktur einer Oberfl<66>che.
<EFBFBD>berh<EFBFBD>nge Typisches Problem beim 3D-Druck im FDM- bzw. FFF-Verfahren. Damit vorkragende Bauteile und Schr<68>gen von mehr als 45<34> druckbar sind, m<>ssen oft St<53>tzstrukturen (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 k<>nnen.
Warping Formverzug durch thermische Spannungen beim Erkalten des Filaments w<>hrend des Druckvorgangs.
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HANDREICHUNG 3D-Druck
Wichtige Links und Adressen
Wichtige Internet-Pr<50>senzen: - 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 m<>glich, 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/ - <20>bersicht Software zur Meshreparatur http://meshrepair.org/
Adressen von FabLabs und offenen Werkst<73>tten - zdi-Partnernetzwerke: http://www.zdi-portal.de/ - Verbund offener Werkst<73>tten: 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 f<>r 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 f<>r 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 Abk<62>rzung FDM sind gesch<63>tzte Marken der Firma
Stratasys. Eine alternative Bezeichnung dieses Verfahrens lautet Fused Filament Fabrication (FFF) und wurde von
Mitgliedern des RepRap-Projektes gepr<70>gt, um einen markenrechtsfreien Wortgebrauch zu erm<72>glichen. 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 <20>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 f<>r
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 Erkl<6B>rung 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 f<>r Lehrkr<6B>fte 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-Webpr<70>sentation 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 f<>r 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 Druckerherstellerl<72>sung zur Druck<63>berwachung 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 h<>lt QUA-LiS NRW.
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