Leitfaden über 3D-Druck in Farbe

Möchten Sie 3D-Teile in kräftigen Farben drucken oder mehrfarbige Teile erstellen? Im Zuge der letzten Jahre haben neue Methoden den Markt erreicht, um farbige 3D-Drucke zu erstellen. Auch sind neuere 3D-Drucker erschwinglicher geworden, sodass alle Designer*innen, Modellbauer*innen oder Hobbybastler*innen ihre Kreationen jetzt in einer ganzen Reihe von Farbschattierungen umsetzen können.

In diesem Leitfaden beleuchten wir verschiedene Techniken, mit denen Sie farbige 3D-Druckteile anfertigen sowie die Technologien und Anwendungen des 3D-Farbdrucks.

Farbige 3D-Druckteile lassen sich auf verschiedene Weisen herstellen, von der Farbmischung über Farbanpassung, vollfarbigen 3D-Druck, Lackierung 3D-gedruckter Teile bis zum Wassertransferdruck.

Direkter 3D-Farbdruck, oft auch als mehrfarbiger 3D-Druck bezeichnet, ist die grundlegendste Art des 3D-Drucks verschiedener Farben. Dabei wird der Drucker lediglich mit farbigem Rohmaterial bestückt. Am geläufigsten sind dabei farbige Filamente für Schmelzschichtungsdrucker (FDM, von engl. Fused Deposition Modeling), die eingeschmolzen und im Druckbett neu aufgeschichtet werden.

Abhängig davon, wie viele Filamente der Drucker gleichzeitig verarbeitet, drucken FDM-3D-Drucker in einer einzigen Farbe, die dem jeweiligen Filament entspricht, mit zwei Farben aus einer doppelten Extrusionsdüse oder in mehreren Farben und Schattierungen.

Der wesentliche Vorteil dieser mehrfarbigen 3D-Drucker liegt in ihrer einfachen Bedienung und ihrem erschwinglichen Preis. Auf der Kehrseite ist es aber unmöglich, einen genauen Farbton zu erzielen, und das fertige Teil wird deutliche Schichtlinien aufweisen. Außerdem muss man beachten, dass die Anzahl der Extrusionsdüsen eines FDM-Druckers proportional zum Risiko eines Fehldrucks steht. Je mehr Düsen, desto öfter treten Fehldrucke auf.

Direkter Farbdruck ist auf die verschiedenen verfügbaren Farboptionen beschränkt. Dem gegenüber erlaubt die Farbanpassung den 3D-Druck in fast jeder beliebigen Farbe.

Die erste integrierte Farbmischungslösung für den Stereolithografie-3D-Druck (SLA), das Formlabs Color Kit, mischt Farbpigmente in ein Grundmaterial und erstellt so eine ganze Kunstharzkartusche in der gewünschten Farbe. Der SLA-Druck nutzt dann einen Laser, um das farbige Kunstharz in Form eines 3D-Druckteils auszuhärten, mit kräftigen Farben, glatter Oberflächenbeschaffenheit und kaum erkennbaren Schichtlinien.

Vollfarbiger 3D-Druck ist das vielseitigste Farbdruckverfahren, da es Objekte gleich in mehreren Farben erstellt. Dabei wird jeder Farbton erreicht und die Teile sind realistisch.

Im Gegensatz zu den farbigen Filamenten oder Kunstharzen nutzt vollfarbiger 3D-Druck keine vordefinierten Farben. Die Farbe wird beim Druckprozess zum Grundmaterial hinzugefügt – ähnlich, wie man es von Papierdruckern kennt.

Technologien wie Binder Jetting oder Material Jetting erstellen vollfarbige 3D-Drucke. Der Nachteil ist der hohe Einstiegspreis, der es für die meisten Nutzer*innen unmöglich macht. Und nur ein einziger Hersteller bietet einen erschwinglicheren FDM-Drucker für vollfarbigen Druck an.

In manchen Fällen bieten 3D-Farbdrucke nicht die Detailtiefe oder die kräftigen Farben, die den Designer*innen oder Künstler*innen vorschweben. Die Lackierung monochromer 3D-Druckteile mit Acryl-, Öl- oder Sprühfarbe ist zwar zeitaufwändiger, bietet aber eine kostengünstige und vollständig anpassbare Lösung.

Modelle, die absolut glatt sein müssen oder filigrane Details aufweisen, benötigen vor der Lackierung wahrscheinlich Nachbearbeitung wie etwa Schleifen, Grundieren oder die Anwendung eines Lösungsmittels.

Schleifen verringert die Unebenheiten auf der Oberfläche und Grundierung füllt kleine Risse und Löcher. Einige 3D-Teile bedürfen außerdem eines Voranstrichs, um die neutrale Farbe der Grundierung vor der Lackierung abzuschwächen.

_{Schauen oder lesen Sie unseren schrittweisen Leitfaden zur Grundierung und Lackierung 3D-gedruckter Teile.}

Wassertransferdruck ist ein beliebtes Verfahren, um Druckdesigns auf 3-dimensionale Oberflächen zu übertragen. Bei diesem Prozess druckt ein Tintenstrahldrucker ein Bild auf einen Polyvinylalkoholfilm. Der Film wird anschließend in Wasser eingetaucht und mit einem chemischen Spray aktiviert. Der Farbfilm streckt sich dann über das langsam eingetauchte Objekt und bleibt daran kleben.

Falls Sie mehr über diesen Prozess erfahren möchten, lesen Sie unseren Leitfaden über Farbmuster, 3D-Drucke und Wassertransferdruck.

Zu den häufigsten Technologien beim Farbdruck zählen FDM, SLA, SLS/MJF, Binder Jetting und Material Jetting. Werfen wir einen Blick auf die jeweiligen Vor- und Nachteile jedes Verfahrens.

FDM, von engl. Fused Deposition Modeling, zu Deutsch Schmelzschichtung, ist die am weitesten verbreitete und billigste 3D-Drucktechnologie. FDM-3D-Drucker fertigen Teile durch Schmelzen und Extrudieren eines thermoplastischen Kunststofffadens (genannt Filament), der von einer Druckdüse schichtweise auf dem Konstruktionsbereich aufgetragen wird.

FDM wird häufig für den direkten Farbdruck eingesetzt, entweder mit einer einzigen Extrusionsdüse oder zum Mischen von Farben bei Druckern mit mehreren Extrusionsdüsen.

Auch für den vollfarbigen 3D-Druck kann heute FDM eingesetzt werden, mit dem 3D-Drucker „da Vinci Color“. Ein farbloses Filament wird dabei von einem CMYK-Tintenstrahl eingefärbt, bevor es extrudiert wird, das ist vergleichbar mit einem Papierdrucker.

SLA-Druck oder Stereolithografie nutzt einen Laser, der flüssiges Kunstharz zu gehärtetem Kunststoff aushärtet. Dieser Prozess wird als Photopolymerisation bezeichnet. SLA-Teile bieten die höchste Auflösung und Präzision, die filigransten Details und die glattesten Oberflächen aller 3D-Drucktechnologien für Kunststoffe.

SLA erlaubt es, fast jeden beliebigen Farbton abzubilden. Dazu dient das Formlabs Color Kit, die erste integrierte Farbmischlösung für den SLA-3D-Druck. Und dank der glatten Oberfläche lassen sich SLA-Drucke ebenfalls leicht nachbearbeiten, lackieren oder beim Wassertransferdruck einsetzen.

Selektives Lasersintern ist die am häufigsten genutzte Technologie der additiven Fertigung bei industriellen Anwendungen. Ingenieur*innen und Hersteller verschiedener Branchen vertrauen darauf, um starke und funktionsfähige Teile zu produzieren.

SLS-3D-Drucker nutzen als Rohmaterial weißes, graues oder schwarzes Nylonpulver. Die Teile lassen sich zwar nicht direkt in Farbe drucken, jedoch können sie im Nachhinein eingefärbt oder lackiert werden.

Binder Jetting ist ein dem SLS- und MJF-Druck ähnliches 3D-Druckverfahren, jedoch mit dem Unterschied, dass hier anstelle von Hitze ein farbiges Bindemittel pulverförmiges Sandsteinmaterial verbindet.

Teile, die mit Binder Jetting gefertigt wurden, haben eine poröse Oberfläche und sind sehr spröde, weshalb dieses Verfahren nur für statische Anwendungen empfohlen wird, z. B. für vollfarbige Figuren und Konzeptmodelle.

Material-Jetting-Drucker kombinieren traditionelle Tintenstrahldrucker mit Photopolymer-Kunstharzen. Tröpfchen des Materials werden auf einer Konstruktionsfläche abgelagert, wie bei einem Papierdrucker, und dann mit UV-Licht ausgehärtet.

Dieser Prozess erlaubt unzählige Farbvariationen und erstellt fotorealistische Teile mit kräftigen Farben. Die Teile haben jedoch mangelhafte mechanische Eigenschaften, sind anfällig für Hitze und der Einstiegspreis ist der höchste aller farbigen 3D-Drucktechnologien.

Durch farbigen 3D-Druck sparen Ingenieur*innen und Designer*innen Zeit und Geld bei ihren Anschauungsprototypen. Bei Film und Fernsehen werden so aus digitalen Modellen Requisiten. Modellbauer*innen erstellen lebendige Miniaturen. In der Medizin schafft man damit präzise Anatomiemodelle und darüber hinaus.

Rapid Prototyping ermöglicht es Unternehmen, Ideen in realistische Konzeptnachweise zu verwandeln, diese Konzepte zu Prototypen mit hoher Originaltreue weiterzuentwickeln, die wie Endprodukte aussehen und funktionieren, und Produkte durch eine Reihe von Validierungsphasen zur Massenproduktion zu führen.

Konzeptmodelle dienen zur Präsentation einer Idee, bieten Diskussionsstoff und beschleunigen als risikoarme Konzeptbeispiele Akzeptanz oder Ablehnung.

Im fortschreitenden Prozess gewähren Anschauungsprototypen in Farbe ein besseres Verständnis, wie das Endprodukt aussehen wird und wie die Endnutzer*innen damit umgehen. Die Ergonomie, die Benutzeroberfläche sowie die allgemeine Benutzererfahrung können mit 3D-gedruckten Prototypen validiert werden, bevor wesentliche Investitionen in Design und technische Umsetzung der endgültigen Produktmerkmale getätigt werden.

Drucke mit Farbanpassung oder in Vollfarbe lassen Produktentwicklerteams auch mit verschiedenen Farben experimentieren und die Kund*innen dazu befragen, bevor man zur Produktion übergeht.

In der Unterhaltungsindustrie schlagen 3D-gedruckte Requisiten und Modelle die Brücke zwischen praktischen Modellen und digitalen Effekten. Die Künstler*innen erstellen realistische und detailreiche Modelle in ihrer 3D-Software und hauchen diesen dann in wenigen Stunden mit dem 3D-Drucker Leben ein. Hochauflösende 3D-Druckprozesse wie SLA bilden auch die kompliziertesten Parameter des Designs ab, z. B. Hauttexturen.

_{Blick hinter die Kulissen: So entstand beim VFX- (Visual Effects) und Designstudio Aaron Sims Creative die Figur des Demogorgon aus Stranger Things.}

So setzten etwa Requisiteure wie Russell Bobbitt für Marvel-Kinoumsetzungen und Jaco Snyman bei der Serie „Raised by Wolves“ oder auch das Visual-Effects- und Designstudio Aaron Sims Creative bei der Serie „Stranger Things“ auf die Technologie, da sie den Bau von Requisiten nicht nur erheblich beschleunigt, sondern auch die Kreativität in ihrer Gestaltung fördert. Der Designprozess wird durch sie flexibler und plastischer, die Herstellung der Requisiten und Modelle zudem deutlich effizienter.

Zweifelsohne hat 3D-Druck die Erstellung von Miniaturen und Figuren revolutioniert, ob für den Modellbau, Brettspiele, Sammlerstücke oder für sonstige Hobbys.

Vollfarbige 3D-Drucker übersteigen oft das Budget von Hobbybastler*innen und Modellbauer*innen. Bei ihnen ist Handbemalung traditionellerweise ohnehin die beliebteste Methode und dies lässt sich wunderbar nach dem 3D-Druck umsetzen.

Beispielsweise kombinieren die Künstler*innen bei Modern Life Workshop 3D-Modelldesign mit SLA-3D-Druck, um realistische Portraits von Prominenten zu erstellen. Die Künstler*innen verwenden die digitale Freihandskulptur-Software ZBrush, um detaillierte Modelle am Computer zu erstellen. Danach drucken sie die Designs auf einem SLA-Drucker und bemalen sie von Hand.

Eine Bereicherung ist der 3D-Druck auch für das Gaming-Universum. Hier sind inzwischen ganze Online-Communitys entstanden, in denen die Mitglieder für Pen-&-Paper-Spiele wie etwa Dungeons & Dragons einzigartige Kreationen von Miniaturen und Figuren, Terrains, Landschaften und anderem Spielezubehör aus dem 3D-Drucker präsentieren.

Professionelle Modellbauunternehmen wie DM-Toys nutzen ebenfalls 3D-Druck, um die Prototypenfertigung und die Produktion maßgeschneiderter Modelle zu beschleunigen.

Das weltweit bekannte Spiele- und Unterhaltungsunternehmen Hasbro verwendet ebenfalls 3D-Druck in seinem bahnbrechenden Projekt Hasbro Selfie Series zur Massenproduktion individualisierter Actionfiguren. Damit bekommen Fans jetzt zum ersten Mal personalisierte, nach ihrem Ebenbild designte Actionfiguren direkt an die Haustür geliefert, auf Grundlage eines Gesichtsscans mit dem Smartphone.

Im Gesundheitswesen wenden sich immer mehr Personal aus Radiologie, Chirurgie und Biomedizin dem 3D-Druck zu, um präzise Anatomiemodelle zu erstellen, welche dann als Referenz dienen, für die Operationsplanung, für die Visualisierung während der OP oder auch zur Ausbildung.

Mit 3D-druck erstellen Mediziner*innen komplexe Modelle mit filigranen Details, die mit anderen Technologien unmöglich währen.

Hochdetaillierte Farbmodelle eigenen sich hervorragend zur Ausbildung von Assistenzärzt*innen, da man jedes Blutgefäß oder Organ zu Anschauungszwecken 3D-drucken und mit einer anderen Farbe versehen kann.

Außerdem werden Anatomiemodelle aus Scandaten der Patient*innen in der heutigen patientenspezifischen Präzisionsmedizin immer nützlicher.

SLA-3D-Druck liefert unglaubliche Detailtiefe und nahtlose Leistung zu einem erschwinglichen Preis und ist ideal für die direkte Farbanpassung in jeder beliebigen Farbe oder die Lackierung hochauflösender Druckteile für realistischste Modelle.

Drucken Sie Ihre eigenen 3D-Druckteile mit dem Form 3+ oder erwecken Sie mit dem großformatigen 3D-Drucker Form 3L selbst Ihre größten Ideen zum Leben.