3D Druck Frankfurt - Logo aus 3D Drucker - Frankfurt Schrift

Der Schreiner Christian Schiffer hat seit einigen Jahren den 3D-Druck als sein Hobby entdeckt. Mit seinen Druckern hat der Mühlheimer schon eine Reihe von Objekten gedruckt. Vor kurzem war der Schriftzug „Frankfurt“ sein Projekt, das etliche Bauten der Main-Metropole umfasst. 

Der Skyline-Schriftzug in 3D rief in den sozialen Medien eine große Beachtung hervor. Grund genug, uns näher mit seinen Entwürfen zu beschäftigen.

Messeturm 3D Druck Frankfurt
Stadt Frankfurt Modell 3D Druck
Skyline Projekt - 3D Druck Christian Schiffer

Seit knapp 3 Jahren beschäftigt sich der gelernte Schreiner Christian Schiffer mit dem 3D-Druck. Dabei werden Teile an einem Computer gestaltet und durch einen speziellen Drucker als Kunststoffteile gedruckt. Schon im Rahmen seiner Weiterbildung zum „Staatlich geprüften Holztechniker“ lernte Christian verschiedene Fertigungsverfahren, wie z. B. der im Schreinerhandwerk gängige Prozess der „Subtraktiven Fertigung“ im Rahmen der computergestützten Holzbearbeitung über CAD (Computer Aided Design) und CNC– Bearbeitungszentren (Computerized Numerical Control) kennen.

Unter „Subtraktive Fertigung“ versteht man das kontrollierte Abtragen von Material, Ausgangsstoffe, wie feste Blöcke oder Stäbe aus Metall, Kunststoff oder Holz bzw. Holzwerkstoffe zu einem fertigen Produkt zu verarbeiten, indem Material durch Schneiden, Bohren, Fräsen und Schleifen abgenommen wird.

Nach dem Abschluss als Techniker wechselte Christian nach Mühlheim am Main in eine größere Schreinerei (Heinrich Kramwinkel GmbH www.kramwinkel.de), wodurch das Thema CAD und CNC im Bezug zur Arbeitsvorbereitung in den Mittelpunkt gelangte. Im Zuge der Modernisierung des Handwerks ist auch hier der PC in Verbindung mit computergesteuerten Maschinen in den Betrieben nicht mehr wegzudenken. Für einen Kundenauftrag fertigte Christian einige Kunststoffteile an, die für einen in Eigenbau angefertigten 3D-Drucker notwendig waren. Dadurch entstanden der Erstkontakt und das Interesse zur 3D-Druck-Welt.

Schnell lernte Christian nicht nur den Möbelbau, sondern auch die Möglichkeiten des unendlichen virtuellen Raums seiner CAD-Software kennen. Als Zugezogener   aus   dem    eher    ländlichen  geprägten Wittlich, bewunderte er schon immer das Erscheinungsbild der Frankfurter Skyline und dessen eleganten und hohen Gebäude, die er von seiner Wohnung aus sehen konnte. Dadurch entstand die Idee zum Skyline-Projekt.

Prusa i3 MK3 + MMU2 - 3D Druck Frankfurt Rhein-Main-Gebiet

Der erste eigene 3D-Drucker

Zu Beginn 2018 war es so weit: der erste eigene 3D-Drucker kam nach langer Lieferzeit endlich an. Christian hatte sich hier bewusst aufgrund des Preis-Leistung-Verhältnisses für den Hersteller „Prusa Research“ entschieden. Prusa bietet die Drucker neben der aufgebauten Variante auch als Bausätze an. Der Vorteil des Bausatzes liegt eindeutig im selbständigen Aufbau des Druckers Position und Funktion jeder Schraube und jedes Teiles ist genauestens Damit wird die Suche bei einem Fehler im weiteren Betrieb oder Einstellen des Druckers sofort einfacher. Im Zuge der ersten Druckversuche musste sich Christian – anders als beim Schreinerhandwerk und der „Subtraktiven Fertigung“ – jetzt mit der „Additiven Fertigung“ beschäftigen.

Im Gegensatz zur „subtraktiven Fertigung“ werden bei der „Additiven Fertigung“ Objekte Schicht um Schicht in der horizontalen Ebene aufgebaut. Die Schichten können eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern bis hin zu mehreren Zentel Millimeter erreichen (1 Millimeter[mm] entsprechen 1.000 Mikrometer [μm]). Erstellt werden sie in einer sogenannten Slicer Software (engl. -> Schneidemaschine). Das zu druckende Objekt wird hier vollautomatisch in Scheiben zerteilt und die damit nötigen Druckkonturen für den Drucker generiert. Beim Drucken beginnt der Drucker auf dem Druckbett und druckt von unten nach oben. Die jeweils nächste Ebene wird dabei mit der Vorhergehenden durch die Hitze verschmolzen, bis das fertige Teil entsteht. So ist es möglich, dass ein fertiger Körper aus mehr als 1.000 Schichten besteht.

Die Inspiration zum Skyline Frankfurt Projekt

Nach einiger Zeit und vielen gedruckten Teilen stieß Christian über eine Tauschbörse für kostenlose 3D-Druckteile (Thingiverse.com oder Prusaprinters.org) auf einen User, der für die US-amerikanische Stadt New York zwei Buchstaben mit bekannten Gebäuden der New-Yorker Skyline erstellt hatte. Schnell entstand die Idee dies mit den Frankfurter Schriftzug und dessen Gebäuden zu adaptieren. Nach intensiver Recherche stand für Christian fest, dass es für die Frankfurter Gebäude keine freien 3D-Vorlagen gab und alles von Grund auf neu konzipiert werden musste. Dies war ein erheblicher Aufwand; würde jedoch die gleiche Optik aller Gebäude ermöglichen.

New York Letters - NY 3D Druck
Schriftkontur - Zeichnung der Gebäude

Schriftkontur, Gebäude und dessen Anzahl

Ein wichtiger Punkt in der Entwicklung des Schriftzuges lag hier in der Schriftkontur selbst. Diese durfte nicht zu schmal sein, damit die Gebäude auch ausreichend Platz in den jeweiligen Buchstaben hatten. Auch die Größe der Gebäude wurde untereinander nicht in einem festen Maßstab gewählt, sondern richtete sich nach einer Kombination der besten Optik, druckbarer Größe und dem realen Höhenverhältnis der Gebäude untereinander. Die maximale Größe des gesamten Projekts wurde zum Schluss nur durch den Bauraum des Prusa i3 MK3 25cm x 21cm x 21cm begrenzt. Mit einer Höhe von 18cm und einer Länge von ca. 135cm stand nun letztendlich die optimale Abmessung fest.

Nachdem die Größe feststand, stellte sich nunmehr die Frage, welche bekannten Gebäude in der Skyline dargestellt werden sollten. Hierbei griff Christian auf eine Wikipedia-Liste zurück, in der über 100 Gebäude ab einer Größe von 50 Meter aufgelistet waren (Stand 05.11.19 bei Projektstart). Da im Schnitt zwei Gebäude und ein oder mehrere zusätzlich füllende Gebäude in einen Buchstaben passten, fiel die Entscheidung auf die im Nachgang aufgeführten 17 Gebäude. Natürlich entschied man sich hier für die interessantesten Gebäude, sowie die wichtigsten Wahrzeichen (z.B. das Römer-Rathaus und der gerippte Westhafen Tower). Zusätzlich kam auch ein Flügel eines A380 Flugzeuges als Bezug zum Flughafen und der „Eisernen Steg“, die wohl bekannteste Brücke Frankfurts in die Auswahl.

Wie erstellt man ein dreidimensionales Gebäude?

In den nachfolgenden Videos stellt Christian seine Vorgehensweise bei der Konstruktion eines dreidimensionalen Abbildes für das Trianon und das EZB-Gebäude dar. Durch die Kombination aus Grundriss, zahlreichen veröffentlichen Bildern und einer 3D-Ansicht aus Google Maps konnten auch komplizierte Geometrien, wie z. B. die schräg verschobene Fläche des EZB-Gebäudes recht einfach dargestellt werden.

Die Gebäude-Darstellung kann anhand von Fotos bis ins kleinste Detail erstellt werden. Dies ist für den Druck im Anschluss jedoch unnötig, da der Drucker nicht jedes winzige Element mit seiner 0,4mm kleinen Düse darstellen kann.

Liste der Gebäude und ihr 3D-Model

Damit die Gebäude und dessen Position in dem Skyline-Projekt sauber festgelegt werden konnte, hat Christian folgende Liste zur Übersicht angefertigt. Neben den Hauptgebäuden wurde aus optischen Gründen in jedem Buchstaben noch ein oder mehrere fiktive Füllgebäude eingefügt, die in der Liste nicht dokumentiert sind.

Buchstabe F

Römer: Der Römer ist seit dem 15. Jahrhundert das Rathaus der Stadt Frankfurt am Main. Der Römer liegt in der Altstadt.

Europaturm: Der Europaturm ist das zweithöchste freistehende Bauwerk Deutschlands.

TaunusTurm: Der TaunusTurm ist ein zweiteiliger Gebäudekomplex aus einem 170 Meter hohem Bürogebäude und einem 68 Meter hohen Wohngebäude.

Buchstabe R

Japan Center: Das Japan Center ist ein 1996 fertiggestelltes Bürohochhaus mit einer Höhe von 115 Metern.

Skyper: Der Skyper ist ein 153,8 Meter hoher Wolkenkratzer mit einem angegliederten Wohn- und Geschäftshaus.

Buchstabe A

Henninger Turm: Der Henninger Turm ist ein 140 Meter hohes Wohnhausgebäude, das sich am Erscheinungsbild des abgerissenen Brauereisilos orientiert.

Westhafen Tower: Der Westhafen Tower ist ein Bürohochhaus am Main-Ufer.

Buchstabe N

A380–Flügel: Ein Flügel des Großraumflugzeugs A380, das für den Verkehrsstandort Frankfurt steht.

Eiserner Steg: Eine seit 1868 bestehende 174 Meter lange Fußgängerbrücke über den Main.

Buchstabe K

MesseTurm: Der MesseTurm ist mit einer Höhe von 256,6 Metern das zweithöchste Wolkenkratzer in Frankfurt.

OmniTurm: Der OmniTurm ist ein 190 Meter hohes Büro- und Wohngebäude mit einem „Hüftschwung“ auf halber Höhe der Kubatur.

Buchstabe F

MAIN TOWER: Der MAIN TOWER ist der einzige Hochhausturm in Frankfurt einer öffentlichen Aussichtsplattform.

Eurotower: Der Eurotower wurde ursprünglich 1977 errichtet und beherbergt heute die EZB.

Buchstabe U

Westend 1: Der Westend Tower ist ein 208 Meter hoher Wolkenkratzer und das dritthöchste Hochhaus Frankfurts.

Commerzbank Tower: Der Commerzbank Tower ist mit 259 Metern Höhe der höchste Wolkenkratzer in Deutschland.

Buchstabe R

Trianon: Mit 186 Metern ist das Trianon ein charakteristischer Wolkenkratzer in der Skyline.

EZB Hochhaus: Seit 2014 dominiert der Sitz der Europäischen Zentralbank den Osten Frankfurts.

Buchstabe T

Tower 185: Der Tower 185 hat widererwartend zu seinem Namen nicht eine Höhe von 185 Metern, sondern ist 200 Meter hoch.

OpernTurm: Der OpernTurm steht nahe dem Opernplatz und hat eine charakteristische Natursteinfassade.

Virtueller Zusammenbau und Rendern

Nachdem alle Gebäude erstellt waren, begann Christian diese in die Schriftkontur einzuarbeiten. Hierzu wird relativ einfach das Gebäude mit der Kontur des Buchstaben geschnitten. Dabei musste auf die Druckbarkeit und Ausrichtung des Druckbettes geachtet werden. Aufgrund dessen, dass ein 3D-Drucker immer in Schichten von unten nach oben arbeitet, können keine großen Überhänge oder in der Luft anfangenden Objekte gedruckt werden. Hier besteht die Notwendigkeit, die einzelne Teile in noch Kleinere zu zerteilen und diese bei der Montage wieder zusammenzukleben. Auf dem Bild sind drei Schnitte von links nach rechts dargestellt: links die geschnittenen Gebäude und Brücke mit der Buchstabenkontur, rechts daneben das Schnittergebnis. Auf der rechten Seite ist die fertige Anordnung und Ausrichtung der Einzelteile für die Druckplatte ersichtlich.

Damit Christian bei der virtuellen Planung auch einen Gesamteindruck vom neuen Projekt erhält, greift er auf das sogenanntes „Rendering“ zurück. Hier wird durch das Zeichenprogramm ein möglichst realitätsnahes, zweidimensionales Bild eines dreidimensionalen Objektes erstellt, wodurch Licht, Farben, Reflektion und Durchsichtigkeit von Stoffen bzw. Oberflächen berechnet wird. Aufgrund dieser sehr aufwendig zu berechnenden Aufgabe, kann dies bis zu mehreren Stunden dauern.

Schriftzug Frankfurt 3 D Drucken

In der oben abgebildeten Grafik wird der Weg der zweidimensionalen Zeichnung bis zu einem fertigen Rendering angezeigt. Hier sind bereits alle Farben für den Schriftzug festgelegt und das passende Druckmaterial ausgewählt. Da der Markt für den 3D-Druck hinsichtlich des Materials noch beschränkt ist, muss mit kleinen Farbabweichungen gearbeitet werden. Als Grundvorlage für einen Regenbogen- Farbverlauf wurde  hier ein Farbkreis mit 24 Farben  gewählt (siehe u.a.  Filament = Kunststofffaden mit einem Durchmesser von 1,75 Millimeter auf ca. 2,60 Meter je Rolle). Als Kunststoffart wurde hier das leicht zu druckende PLA (Polylactide) ausgewählt. Das schwarze Material wurde hier Benutzte Filament Rollen (Faden) für das Frankfurt Skyline Projekt lediglich für die Buchstaben- rahmen verwendet.

MesseTurm Frankfurt 3D Druck Vorlage - Skyline Frankfurt
Filament Rollen, die beim Frankfurt-Projekt 3D verwendet wurden
Druckkopf Schematik

3D-Druck und der Zusammenbau

Nachdem der finale Schriftzug, alle Gebäude und die passenden Farben zusammengestellt und ausgewählt wurden, konnte mit dem Druck begonnen werden. Zur besseren Veranschaulichung des 3D-Drucks findet man auf der rechten Seite die schematische Darstellung. Meist über dem Drucker befindet sich der Filament-Vorrat auf einer Rolle, der über einen sogenannten Zahnvorschub durch den Kühlkörper in den „Heatblock“ geschoben wird. Hier wird das Druckmaterial anschließend bei 210-215°C geschmolzen und tritt dann in relativ flüssiger Form aus der 0,4 mm dicken Düse aus. Durch die Verschiebung des Druckbettes in der Querrichtung und dem Druckkopfes in der Längsrichtung bzw. in der Höhe, kann so jede Position in einem dreidimensionalem Druckraum angefahren werden.

Im nächsten Schritt müssen die fertigen 3D- Elemente durch das Programm Slicer in druckbare Scheiben zerschnitten und ein Maschinencode erzeugt werden, der von dem Drucker umgesetzt werden kann. Hier werden in der Slicer-Ansicht die einzelnen Scheiben von unten nach oben durchgescrollt (siehe Video). Der Slicer gibt hier Informationen über die Druckdauer (ca. 12 Stunden und 28 Minuten), das nötige Material (ca. 32 Meter) und eine Anzahl von Schichten (ca. 1136) an.

Prusa Slicer
Druckplatte Prusa Minis - 3D Druck

Anhand des Buchstaben „K“ wird der Druckfortschritt nach ca. 4 Druckstunden auf dem neuen Prusa Mini dargestellt (siehe Bild links). Hier ist die Komplexität der Anordnung der einzelnen Elemente auf der Druckplatte sehr gut ersichtlich. Da der OmniTurm mit seinen versetzten Stockwerken große Überhänge besitzt, um ihn in einem Stück zu drucken, hat sich Christian  dazu  entschieden  im  Bereich des „Hüftschwungs“ diesen in einzelne Elemente zu zerteilen. Diese werden im Nachgang wieder mit Stiften passgenau verklebt.

Im Bild wird der fertige Druck nach über 12 Stunden dargestellt. Nach dem Abkühlen der Druckplatte lassen sich die Drucke einfach aus dem Drucker entnehmen. Prusa hat hier den Vorteil, dass durch die dünne Druckplattenauflage und dessen flexible Beschaffenheit, kein lästiges Abkratzen mit einem Spachtel notwendig ist. Nachdem alle Teile entnommen wurden, müssen an manchen Stellen mittels eines Messers oder einer Entgratungsklinge Haltestege oder Überstände entfernt werden. Kleinere „Härchen“ (sog. Stringing), die an den gedruckten Teilen haften, können leicht mit einem Heißluftfön entfernt werden.

Messeturm 3D Druck Frankfurt
Skyline Projekt - 3D Druck Christian Schiffer

Durch gute Vorbereitung kann Zeit beim Zusammenbau der Einzelteile eingespart werden, da die Teile einfach mit kleinen Metallbolzen ineinandergesteckt werden. Die Verklebung erfolgt mit einem Sekundenkleber oder handelsüblichem Aceton. Der Vorteil von Aceton ist, dass durch das Anlösen des Kunststoffes ein sogenanntes Verschweißen stattfindet, wodurch die Verbindung in wenigen Sekunden fertig verklebt und sehr fest ist.

Nachdem alle Einzelteile vorbereitet sind, kann mit dem Einkleben der Gebäude in die eigentlichen Buchstaben begonnen werden. Dies ist laut Christian die schönste Arbeit, da hier das erste Mal alle Teile des Puzzles zusammenkommen. Aufgrund der Adaption auf die restlichen 8 Buchstaben kommt man am Ende auf eine Druckzeit von ca. 220 Stunden und eine „Bestück“-Zeit des Druckers inkl. Zusammenbau der Buchstaben von ca. 35 Stunden.

Das unten aufgeführte Bild zeigt die Fertigstellung des Buchstaben „K“.

Buchstabe K - Silhouette Frnkfurt - MesseTurm - OmniTurm

Die Montage der Buchstaben

Um den Schriftzug in seinem Gesamtbild besser betrachten zu können, montierte Christian diesen an einer weißen Wand. Hierfür entwarf er eine Schablone, mit der er die Punkte einfach auf die Wand übertragen konnte. Dadurch ersparte er sich die Einmessung der jeweiligen Befestigungspunkte.

Frankfurt Schrift Montage
Laser Ausmessung Wand
Wandmontage Schrift Frankfurt 3D
Frankfurt Schriftzug Modell 3 D Druck - Geschenkidee Frankfurt - Exklusives Geschenk Frankfurt - Individuelles Geschenk - Hochhäuser Frankfurt

Ein Linienlaser diente hier als Bezug, um die Waagerechte des gesamten Schriftzuges einzuhalten.

Nachdem alle Löcher übertragen wurden, konnten die einzelnen Buchstaben einfach mit etwas Acrylat an die Wand geklebt werden. Mit Hilfe eines Montage der Buchstaben an die Wand mittels Acrylats Montagebandes konnte die Position bis zum Antrocknen fixiert werden (siehe linkes Bild). Das folgende Bild zeigt den fertig montieren Schriftzug mit einer Breite von ca. 135 Zentimeter und einer Höhe von ca. 18 Zentimeter.

Zur Person: Christian Schiffer

Christian Schiffer ist 35 Jahre alt und gelernter Schreiner mit einer Weiterbildung als staatlich geprüfter Holztechniker.

In seinem Beruf hat er durch die Verwendung der üblichen CAD- Programme ein Gefühl für Formen und Größen in einem virtuellen Raum bekommen. Es gibt nach Auffassung von Christian keinen schnelleren Weg, zweidimensionale Zeichnungen in eine dreidimensionale Form zu bringen und anschließend in die Wirklichkeit mit Hilfe des 3D- Drucks umzusetzen.

Die Ursprungsidee zu dem „Skyline Frankfurt„-Projekt ist durch einen Zufall entstanden; sie reifte dann zu dem heutigen Ergebnis. Der 3D-Druck ist mittlerweile für jeden umsetzbar, der gerne etwas Zeit und Liebe in sein Hobby investiert. Die Möglichkeiten in diesem Bereich sind heutzutage nahezu grenzenlos.

Unternehmen und Privatpersonen können bereits bestehende 3D-Modelle erwerben oder neue 3D-Objekte erstellen lassen. Diese Einzelanfertigungen sind zwar nicht ganz günstig, aber bleiben nachhaltig in Erinnerung!

Bei Fragen steht Christian Schiffer gerne jederzeit zur Verfügung:

E-Mail: mail@schiffer-soft.de
Mobil: +49(0)170 59 10 10 8
Instagram: @schiffer_soft

Christian Schiffer - Mühlheim am Main - 3D Druck Frankfurt
Hochhäuser Frankfurt 3D - Ansicht der Frankfurter Skyline - Collage von Schiffer Soft

3 Kommentare zu “3D-Druck Frankfurt

  1. Karl-Josef Schiffer kommentierte: 5 Monaten ago Reply

    Hallo Christian, sehr schöne Darstellung deines Hobbys. Ich wünsche dir weiterhin viel Erfolg und Spaß bei deiner Arbeit. Ich bin sehr stolz auf dich.
    Liebe Grüße

  2. Christin Meier kommentierte: 5 Monaten ago Reply

    Ganz toller Artikel über den 3D Druck und die Skyline!! Es sieht nach einer aufwendigen Herstellung aus.

  3. Doris Schäfer kommentierte: 3 Monaten ago Reply

    Hallo Christian, ich bin beeindruckt von deinem 3D-Werk. Echt große Klasse! Viel Erfolg und Spaß weiterhin 🙂
    Den Artikel dazu finde ich auch sehr interessant. Er macht Lust sich mehr mit diesem Thema zu beschäftigen.

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