3D-Druck wozu & wie? Wo liegen Grenzen?
Die Technik-Garage unterstützt den Gedanken offener Hardware. Teilhabe, Freiheit und offener Zugang zu Wissen und Technik bedeuten Gleichberechtigung auf der Grundlage eigener Fähigkeiten und Potenziale. Die Biotechnik, Biologie, und biologische Verfahrenstechnik stellt hier besondere Anforderungen an Infrastruktur und Umfeld.
Da sich in der Technik-Garage ganz viel um das „Labor“ dreht, rankten sich Präsentation, Praxis und Diskussion am Machertag natürlich um diesen Aspekt. Das obige Bildschirmfoto stammt von: http://www.appropedia.org/Open_source_lab
Die im dortigen Fundus der Projekte dargestellte Dosier-Kolbenpumpe lieferte den Aufhänger für Diskussionen um Möglichkeiten und Grenzen der im 3D-Druck eingesetzten Materialien. Auf der Projektseite, die über Appropedia zu erreichen ist, finden sich Druck-Dateien, Bauteilliste und alle Hinweise zur eigenen Druck der Teile und deren Zusammenbau. Auch Kolbenhubpipette, Raman-Spektrometer und viele weitere Ausrüstungsgegenstände des gehobenen Laborbedarfs sind dort als Projekte beschrieben.
Uns interessierten die Grenzen der Umsetzbarkeit mithilfe verfügbarer Materialien. Werkstoffe und Konstruktion. Leider gibt es das Fach Biowerkstoffkunde derzeit nicht als Bestandteil der Ausbildungen zu biologischen Fächern. Zum Glück war ein hoffnungsvoller Studierender des Maschinenbaus beim Machertag anwesend.
Das Video zeigt im Schnelldurchgang den Ausdruck eines Gehäuse-Bauteils in Polymilchsäure (PLA). PLA ist derzeit relativ günstig zu beschaffen, unkompliziert im Druck (keine Probleme mit Brim, Raft … ) mit der Haftung des Bauteils am Druckbett. Der um einige sinnvolle Erweiterungen angereicherte K8200 erledigt das im Schnelldurchgang.
Ist eine Druckdatei vorhanden, muss diese zunächst in ein Bewegungsmuster für den Drucker übersetzt werden. Dieser Code ist dann spezifisch für den Drucker, das Material …. . Dabei sind Entscheidungen bezüglich der „inneren“ Werte des Bauteils zu treffen. Der Druck auch flacher Strukturen geschieht meist nicht massiv. Selbst wenn das Innere massiv ausgeführt werden soll, kommt es zwangsläufig zu fertigungsbedingten Lufteinschlüssen, die zum Beispiel im Autoklaven beim Sterilisieren oder im Vakuum während einer Gefriertrocknung zu Problemen mit der Stabilität führen müssen.
Viele Kunststoffe bei erhöhten Temperaturen nicht stabil. Hier empfiehlt sich ein Blick auf die Beschreibung des Druck-Filaments. Offene oder raue Strukturen der Oberfläche eines Bauteils stehen seiner Verwendung im biologischen Umfeld oft entgegen. Zum Glück gibt es oft Abhilfe. Bei ABS zum Beispiel kann man eine gesättigte Lösung des Filaments in Aceton (Propanon) herstellen und auf das Bauteil pinseln. Eine sachkundige Verwendung empfiehlt sich ohnehin, denn nicht jedes Material ist biologisch unbedenklich.
Zu hoch gewählte Druckgeschwindigkeit oder unzureichende Pflege der Führungen im Drucker führen zu charakteristischen Problemen im Produkt.
Das Bild zeigt eine in PLA gefertigte Abdeckung, die einen kräftigen Versatz im oberen Teil zeigt. Das Druckbett blockierte aufgrund einer unzureichenden Schmierung einer Achse. Das führte zu Schrittverlust und somit zu Verschiebung im Produkt. Die Riffelung weist auf zu schnellen Druck hin. Häufiges Problem ist eine unzureichende Haftung der aufeinander aufgebauten Schichten. Quer zur „Maserung“ ist das Bauteil erheblich schwächer auf Zug belastbar als in Maserrichtung. ….
Um diese und viele weitere Aspekte erfasste der Machertag, um schlussendlich in der Entscheidung zu münden, dass die Bauteile der Kolbenpumpe am besten in Iglidur 180 PF oder Nylon 645 zu drucken seien und das die Auflösung des Drucker (die minimale Schichtdicke) entschieden heraufzusetzen sei. Wir sehen unserem neuen Drucker gespannt entgegen. Das neue Material ist da und hat seine chemischen Eigenschaften und seine prinzipielle Tauglichkeit schon unter Beweis gestellt.
Der nächste Machertag wird sich mit der Schaffung von Grundlagen für weitere Geräte beschäftigen. Alte, ausgemusterte PCs müssen ihre Netzteile spenden, um daraus Labornetzteile zu bauen. DVD- und CD-Rom-Laufwerke, Diskettenlaufwerke spenden zum Beispiel Schrittmotoren zum Bau von XY-Positioniereinheiten (z.B. Fraktionssammler, Mikromanipulator …).
Es verspricht wieder ein Machertag in guter „Hands On“-Tradition zu werden.