Der 3D-Druck hat die Fertigungstechnologie revolutioniert und bietet großes Potenzial für die Robotik. Durch das schichtweise Hinzufügen von Material können vielfältige Objekte auf Basis von 3D-Modellen hergestellt, also ‚gedruckt‘ werden.
Die in der Robotik am häufigsten verwendeten Druckverfahren umfassen das sogenannte Fused Deposition Modeling (FDM) [1], Stereolithographie (SLA) [2] und Selective Laser Sintering (SLS) [3]. Die gängigen Materialien umfassen Kunststoffe (meist PLA, ABS und PETG) sowie Metalle (Aluminium, Titan und Edelstahl). Beim SLS-Verfahren wird zudem PA Nylon (Polyamid) als Material genutzt.
Bei der Stereolithographie werden oft flüssige Harze als Ausgangstoff verwendet. Die fertigen Bauteile haben dadurch eine sehr hohe Oberflächenqualität und eignen sich besonders für optische Teile, wie Hüllen, oder aber an Stellen, an denen eine hohe Detaildichte erforderlich ist.
Hinweis: Teilweise besteht die Sorge, dass beim Druck mit manchen dieser Materialien gesundheitsschädliche Schadstoffe freigesetzt werden könnten. In einer Untersuchung von Stiftung Warentest konnte dies zwar nicht bestätigt, jedoch auch nicht für alle verfügbaren Hersteller ausgeschlossen werden. Es wird empfohlen, 3D-Druck nur in gut belüfteten Räumen zu betreiben und die richtigen Temperaturen einzuhalten [4].
Die Vorteile des 3D-Drucks finden sich vor allem in der Kosteneffizienz und Designfreiheit. Vor allem aber können hiermit Prototypen schnell und unkompliziert umgesetzt werden. Indem beim 3D-Druck überwiegend nur notwendiges Material verwendet wird, ist diese Herstellungsmethode auch ressourcenschonender als beispielsweise subtraktive Fertigungsmethoden [5].
Open Source Robotikprojekte mit 3D-Druck
Ein exemplarisches Projekt, in dem 3D-Druck in der Robotik Anwendung findet, ist zum einen die Open Dynamic Robot Initiative. Dieses Projekt hat es zum Ziel, kostengünstige und einfache Module für die Robotik zur Verfügung zu stellen. Diese Module unterliegen der BSD 3-clause-Lizenz. Der gesamte Quellcode sowie die Design-Dateien sind auf GitHub veröffentlicht.
Zur GitHub-Seite: https://github.com/open-dynamic-robot-initiative
Ein weiteres Projekt in diesem Bereich ist Spot Micro – ein Open Source Roboterhund, inspiriert von Boston Dynamics Spot. Spot Micro steht unter der Creative Commons Attribution License.
Mehr zu Spot Micro: https://spotmicroai.readthedocs.io/en/latest/
Von der Idee zum gedruckten Roboterteil
Der Prozess des 3D-Drucks umfasst drei wesentliche Schritte:
- Design-Erstellung: Mit CAD-Programmen wie Fusion 360, SolidWorks oder Blender wird ein detailliertes 3D-Modell erstellt.
- Slicen: Das Modell wird in Schichten zerlegt. Druckparameter wie Schichthöhe und Druckgeschwindigkeit werden definiert. Open-Source-Slicer wie Cura oder PrusaSlicer generieren den sogenannten G-Code für den Druck.
- Druckvorgang: Der G-Code wird in den Drucker geladen, der das Modell Schicht für Schicht aufbaut. Häufig verwendete Drucker sind der Prusa i3 MK3S und der Bambu Lab X1.
Der G-Code steuert die Düsen des 3D-Druckers und sorgt dafür, dass das Druckobjekt schichtweise aufgebaut wird. [6]
Plattformen für 3D-Druckdesigns
Für die Entwicklung von Roboterteilen und -komponenten stehen zahlreiche Plattformen zur Verfügung, um Designs zu teilen oder zu beziehen. Dies sind einige Beispiele:
Thingiverse: Eine der größten Plattformen für frei zugängliche 3D-Modelle mit über einer Million Designs. GrabCAD: Fokus auf CAD-Dateien und professionelle Anwendungen. MyMiniFactory: Kuratierte und qualitativ hochwertige Modelle. Cults: Plattform mit kostenpflichtigen und kostenlosen Designs. Pinshape: Marktplatz für 3D-Druckmodelle, mit Fokus auf Hobbyisten und Profis gleichermaßen.
Referenzen
[1] Protolabs Network. Was versteht man unter dem 3D-Druck mit FDM (Fused Deposition Modeling)? [Online]. Verfügbar: https://www.hubs.com/de/wissensdatenbank/was-ist-fdm-3d-druck/. [Abruf Mai 13, 2025].
[2] 3D Systems. Was ist Stereolithografie (SLA)? [Online]. Verfügbar: https://de.3dsystems.com/stereolithography. [Abruf Mai 13, 2025].
[3] Fraunhofer Institut für Lastertechnik ILT. Selective Laser Sintering. [Online]. Verfügbar: https://www.ilt.fraunhofer.de/de/mediathek/prospekte/Selective-Laser-Sintering.html. [Abruf Mai 13, 2025].
[4] Stiftung Warentest. (2020, November 4). Schadstoffe in Filament: ein Thema? [Online]. Verfügbar: https://www.test.de/3D-Drucker-im-Test-4537376-5665266/. [Abruf Mai 13, 2025].
[5] Umwelt Bundesamt. (2018, Juli 9). Umwelt- und Gesundheitswirkungen des 3D-Drucks. [Online]. Verfügbar: https://www.umweltbundesamt.de/themen/umwelt-gesundheitswirkungen-des-3d-drucks. [Abruf Mai 13, 2025].
[6] J. Madison. (2023, August 28). Verbessern Sie Ihre 3D-Drucke: Ein umfassender Leitfaden zur Nachbearbeitung von G-Code. [Online]. Verfügbar: https://www.sunlu.com/de-de/blogs/3d-printing-guide/enhancing-your-3d-prints-a-comprehensive-guide-to-post-processing-g-code. [Abruf Mai 13, 2025].
