3D-Drucker erfreuen sich allseits großer Beliebtheit. Ihre multifunktionalen Druckköpfe tragen das Material Schicht für Schicht auf die formbeständigen Platten auf. Nach mehreren Stunden und präziser Ausführung entsteht ein individuelles Druck-Modell. Wie funktioniert der 3D-Druck, welche Materialien kommen zum Einsatz und weshalb bietet sich der Einsatz der futuristischen Drucktechnik im Schulunterricht an? Die Antworten gibt es hier.
Die Funktionsweise des 3D-Druckers
Beim 3D-Druck kommt das additive Verfahren zum Einsatz. Wie die Bezeichnung bereits vermuten lässt, summieren sich hierbei die einzelnen Schichten auf. Am Ende entsteht ein dreidimensionaler Körper mit vorab festgelegten Funktionen. Hersteller nutzen diverse Druckverfahren. Neben Fused Deposition Modeling gibt es das selektive Laser Sintering und die so genannte Stereolithografie.
Stereolithografie – Drucken mit Kunstharz
Die äußerst präzise Stereolithografie bildet die Grundlage der weiteren Techniken. Präzision beim Druck ist typisch für die Stereolithografie. Bei der Herstellung der Modelle verwendet der 3D-Drucker Kunstharze, die ein Laser abschließend in eine feste Form bringt. Nach Fertigstellung gilt es die Objekte geschützt zu lagern. Aufgrund ihrer feinen Struktur sind sie zerbrechlich und die Farbe bleibt bei Sonneneinstrahlung nicht langfristig erhalten.
Laser Sintering – 3D-Modelle aus Metall
Beim Laser Sintering bildet die integrierte Lasertechnologie den Abschluss. Vorab setzt ein Drucker bei dieser Technologie auf einen pulverisierten Stoff. Nach dem sorgfältigen und kontinuierlichen Auftragen sorgt ein Laserstrahl für die Festigkeit des Objektes. Dieses Verfahren bietet sich für weichere und härtere Materialien an, die sich pulverisieren lassen. Sogar Metallobjekte sind denkbar.
Fused Deposition Modeling – Vielseitige Methode
Die geringen Kosten und die Arbeit mit speziellen Filamenten macht das Fused Deposition Modeling äußerst beliebt. Sämtliche Teile sind relativ belastbar, was diese Methode von den zuvor genannten abgrenzt. Ein weiterer Vorteil ist die Geschwindigkeit des Druckvorganges. Die Funktionsweise selbst ähnelt dem Prinzip der Heißklebepistole. Durch Wärme erhitzt sich das Filament, welches der Drucker in Form bringt.
Diese Materialien erzeugen das Modell
Bei der Materialwahl haben Anwender unzählige Optionen. Überwiegend entscheiden sie sich für leicht verarbeitbare Grundsubstanzen wie:
- PET
- Nylon
- PVA
- PLA
- ABS
Diese Materialien stellen Kunststoffe dar. Sie lassen sich sehr leicht verarbeiten, sind jedoch nicht so formbeständig wie Metall. Metalle erzeugen wiederum Modelle für die Ewigkeit. Nicht jeder Drucker ist zur Erzeugung von Metallobjekten befähigt. Anwender müssen an dieser Stelle mit erhöhten Ausgaben rechnen.
Alternativ dazu lässt sich Kunststoff einsetzen. Viele der mittlerweile eingesetzten Kunststoffe entsprechen dem Nachhaltigkeitsprinzip und tragen zu einer besseren Welt bei. Für ein Höchstmaß an Stabilität entwickelten Hersteller integrierte Stutzen. Diese kommen der Statik des Kunststoffmodells zu, sodass dieses in puncto Standfestigkeit durchaus mit qualitativ hochwertigeren 3D-Modellen mithalten kann.
3D-Drucker im Schulunterricht – Vorteile der neuartigen Technik
Der Schulunterricht entwickelt sich kontinuierlich weiter. Um vor allem naturwissenschaftlichen Unterricht, EDV und Informatik lebendiger zu gestalten, sind 3D-Drucker eine hervorragende Unterstützung. Im Rahmen der Arbeit mit einem 3D-Drucker erhalten Kinder und Jugendliche Kenntnisse in zahlreichen Bereichen. Sie erweitern ihr Wissen in den Fächern Physik, Informatik, Mathematik, Kunst und Architektur.
Vor dem Druck gilt es für sie sämtliche Parameter in die bereitgestellte Software einzugeben. Das erfordert eine lange Beschäftigung mit dem vorhandenen Programm. Anschließend ist ein Druck möglich. Zuvor müssen die Kleinen ihr Design genauestens festlegen, was ihr Vorstellungsvermögen deutlich erweitert. Damit das Modell am Ende die gewünschte Form aufweist, sind mathematische Berechnungen und Kenntnisse im Bereich der Statik unabdingbar.
Für Modelle von Lebewesen kommt das Wissen über den körperlichen Aufbau von Tieren und Pflanzen zu. Kinder müssen die Lebewesen genauestens studieren. Ansonsten erhalten sie beim Druck kein realitätsgetreues Objekt.
Der 3D-Drucker im Unterricht bringt viele weitere Vorteile:
- Verständnis für die neueste Technik
- Erkennen von technischen Grenzen
- Ausdehnung der Geduld
- Steigerung der Leistungsbereitschaft durch haptische Objekte
- Umgang mit durchaus komplexen Programmen
- Neues Verständnis für mathematische Zusammenhänge im dreidimensionalen Raum
- Ideal für die Abitur-Vorbereitung im Bereich der Analytischen Geometrie
