Die Erfindung des Buchdrucks gilt als Meilenstein in der Drucktechnik. Sie löste eine Revolution in der Vervielfältigung von Massendruckprodukten aus. Fast 600 Jahre später sprechen Experten von einer neuen Revolution der Drucktechnik: 3D Drucker ermöglichen mittlerweile auch Privatpersonen, dreidimensionale Objekte zu fertigen. Damit eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten bei der Produktion und Reproduktion von Druckprodukten. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts entwickelte sich eine bisher wenig bekannte Drucktechnik in der Industrie schnell zu einem schieren Hype: Der 3D-Druck. Bereits im Jahr 1986 patentierte der US-Amerikaner Chuck Hull der 3D-Printer. Er versprach die individuelle oder massenweise Produktion von Objekten durch das Schmelzen und Formen verschiedener Materialien nach einem vorher definierten Muster. Schnell nahmen Fantasien und Traumvorstellungen ihren Lauf. Aber auch Ängste machten sich breit. Immerhin könnten die Drucker in der Theorie nicht nur nützliche Gegenstände für den Alltag oder die Industrie herstellen, sondern auch Waffen oder andere gefährliche Güter.
Mittlerweile sind 3D Drucker vom Markt nicht mehr wegzudenken. Große Unternehmen diverser Branchen arbeiten bei der Fertigung von Prototypen und bei der Massenproduktion mit 3D Druckern. Auch Privatpersonen können bereits für wenige hundert Euro Geräte im Fachhandel erwerben. Komplexe Industriegeräte kosten hingegen fünfstellige oder sogar sechsstellige Summen. Wir nehmen uns dem Trend des 3D Printings an und klären die wichtigsten Fragen um die Technologie.
Wie funktioniert die additive Fertigung im 3D-Druck?
Die additive Fertigung beschreibt alle Fertigungsverfahren im 3D-Druck, bei denen Material schichtweise aufgetragen wird, um ein dreidimensionales Objekt herzustellen. Dazu gehören folgende Drucktechniken:
- Fused Deposition Modeling (FDM) – Schmelzschichtung für Kunststoffe & Kunstharze
- Stereolithografie (SLA) – Flüssiges Kunstharz durch UV-Laser gehärtet
- Digital Light Processing (DLP) – Ähnlich SLA, aber mit Projektor statt Laser
- PolyJet-Modeling – Flüssige Photopolymere werden schichtweise aufgetragen & gehärtet
- Selektives Lasersintern (SLS) – Pulver (Kunststoff, Keramik, Metall) mit Laser verschmolzen
- Selektives Laserschmelzen (SLM) – Metallpulver vollständig aufgeschmolzen
- Elektronenstrahlschmelzen (EBM) – Metallpulver mit Elektronenstrahl geschmolzen
Alle diese Drucktechniken vereinen eine gleichbleibende Funktionsweise: Das Material – oft eine optimierte Werkstoffmischung – wird in den meisten Fällen als Rolle ins Gerät eingesetzt. Die Rolle, auch Filament genannt, wird vor dem Druck verflüssigt und durch Drüsen gepresst. Die bewegliche Drüse wird exakt nach Vorgabe der digitalen 3D-Modelle gesteuert. Sie legt die Schichten des flüssigen Filaments so mm genau übereinander, dass die Figur geformt wird. Nach der Aushärtung des Objekts ist der Druckvorgang abgeschlossen. Einmal gedruckt, überzeugt das Endprodukt mit hoher Stabilität und Präzision. Der geringe Aufwand bei gleichzeitig geringen Materialkosten und wenig Verschleiß macht die 3D-Drucktechnologien für Unternehmen attraktiv. Je nach Verfahren sind unterschiedliche Materialien und Temperaturen erforderlich, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Bevor der Druck beginnt, muss eine geeignete Datei erstellt oder heruntergeladen werden, die das digitale Modell des gewünschten Objekts enthält. Diese wird dann für den Druck vorbereitet, wobei Faktoren wie Konstruktion, Materialwahl und Druckmethode eine entscheidende Rolle spielen. Zusätzlich sind präzise Einstellungen wie Drucktemperatur und Schichtdicke erforderlich, um ein optimales Ergebnis zu erzielen.
Der geringe Aufwand bei gleichzeitig geringen Materialkosten und wenig Verschleiß macht die Drucktechnik für Unternehmen attraktiv. Besonders im Prototyping spielt der 3D-Druck eine entscheidende Rolle: Unternehmen nutzen ihn, um Ideen zu testen und die Funktionalität neuer Produkte zu überprüfen, bevor sie in die eigentliche Entwicklung gehen.
Was sind die wichtigsten Anwendungsbereiche beim 3D-Druck?
Dem 3D-Druck sind hinsichtlich der Anwendungsbereiche prinzipiell keine Grenzen gesetzt.
- Luft- und Raumfahrt: Große Unternehmen wie Boeing nutzen den 3D Druck für das Manufacturing von einzelnen Bauteilen ihrer Maschinen. Dadurch wird das Gewicht des Materials reduziert und Produktionskosten werden gesenkt.
- Medizintechnik und Bionik: 3D-Drucker spielen eine immer größere Rolle in der Medizin, insbesondere bei der Herstellung künstlicher Gelenke. Sie können in kürzester Zeit hergestellt und individuell an den Patienten angepasst werden.
- Bauwesen: In China zeigt ein beeindruckendes Beispiel additiver Fertigung, welche Ausmaße der 3D-Druck bereits erreicht hat. Ganze Häuser werden mit dieser Technologie bereits gefertigt.
Im chinesischen Bezirk Tognzhou steht ein komplett mit additiver Fertigung erstelltes 3D-gedrucktes Wohnhaus. Es soll außerdem Erdbeben der Stärke 8.0 auf der Richterskala standhalten. Die Bauzeit für das Projekt betrug nur gerade 45 Tage. Die Kosten und der Aufwand für die Produktion mit 3D-Druckern sind in den meisten Fällen erheblich geringer als bei der gewöhnlichen Fertigungsweise. Das Haus aus dem 3D-Drucker zeigt, dass die Drucktechnik revolutionäre Ausmaße annehmen könnte. Vor allem in Dritte-Welt-Ländern ist die Entwicklung daher interessant, weil die Kosteneinsparungen und der Aufwand für die Industrie ein unglaubliches Potenzial offenbart.
Zurückhaltung großer Unternehmen beim 3D-Druck Trend
Nicht alle scheinen aber die Vorzüge so zu schätzen. Vor allem die großen Drucktechnologiefirmen wie Hewlett-Packard, Epson oder Canon vernachlässigen diesen Trend. Sie setzen weiterhin größtenteils auf die Standarddruckgeräte. Immerhin hat HP Mitte des Jahres seinen ersten 3D Drucker vorgestellt. Auch viele größere Unternehmen, die als Anwender von den Vorteilen der Technologie profitieren könnten, nutzen 3D-Drucker nur in geringem Maße wie zum Beispiel bei der Produktion von einzelnen Prototypen. Der Trend der vergangenen Jahre zeigt allerdings, dass auch für die nächsten Jahre mit einem steigenden Umsatz im Bereich des 3D Prints gerechnet werden kann. Durch verbesserte Geräte, Software und Materialien wird auch die Fertigung immer besser.
Was sind die Gefahren beim 3D-Druck?
Die missbräuchliche Verwendung der Technologie wurde bereits in den vergangenen Jahren viel diskutiert. Die Medien fanden ein gefundenes Fressen in einer Bauanleitung für eine funktionsfähige Pistole im Internet. In der Tat sind Waffen aus 3D-Druckern keine Unmöglichkeit. Vor allem aber deshalb gefährlich, weil Plastikgegenstände bei Sicherheitskontrollen nur schwierig zu identifizieren sind. Bisher blieb eine Missbrauchswelle zwar aus, doch sowohl die Sicherheitsbehörden als auch die Hersteller selbst sind gewarnt. Der dänische Anbieter Create it REAL hat zum Beispiel angekündigt, eine Art Filtersoftware auf den Geräten zu installieren, die das Drucken von Waffenbauteilen verhindern soll.
Wie kann ich selber in 3D drucken?
Für vergleichsweise wenig Geld sind 3D-Drucker auf dem Consumer Markt erhältlich. Im Fachhandel liegen die Preise bereits deutlich unter tausend Euro und taugen für die ersten Schritte. Wer professionelle Qualität erwartet oder größere Projekte plant, muss entweder mehr investieren oder Geräte leihen. Eine andere Möglichkeit ist es, die Projekte von Druckanbietern durchführen zu lassen, die sich auf den 3 D Druck spezialisiert haben. Tendenziell werden die Beschaffungskosten der Geräte sowie die Materialkosten in den nächsten Jahren weiter fallen. Dadurch wird der 3D-Druck immer mehr Menschen zugänglich. Welche Möglichkeiten und Anwendungsbereiche, welche innovativen Techniken und Produkthighlights sich künftig auftun werden, macht diese Drucktechnik so spannend.
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FAQ: 3D Druck
Was ist 3D-Druck und wie funktioniert die Technologie dahinter?
Der 3D Druck, auch als additive Fertigung bekannt, ist ein Verfahren, bei dem Material Schicht für Schicht aufgetragen wird, um dreidimensionale Objekte zu erzeugen. Diese Technologie verwendet ein digitales Modell, das in dünne Schichten zerlegt wird. Der Drucker baut dann präzise aufeinander auf, um das gewünschte Objekt zu formen.
Welche Materialien werden häufig im 3D Druck verwendet?
Häufig verwendete Materialien im 3D-Druck sind Thermoplaste wie PLA und ABS,. Aber auch technische Kunststoffe wie Nylon und PETG, sowie Hochleistungspolymere wie PEEK. Darüber hinaus kommen auch Metalle, Keramiken und Kompositmaterialien wie carbonfaserverstärktes Nylon zum Einsatz. Diese Materialien ermöglichen eine große Bandbreite an Anwendungen und Eigenschaften im 3D-Druck.
Welche Materialien eignen sich im privaten Gebrauch für den 3D-Druck?
PLA eignet sich ideal für den privaten Gebrauch, da es einfach zu drucken, biologisch abbaubar, geruchsarm und in vielen Farben erhältlich ist. PETG überzeugt durch seine höhere Stabilität, Wasserfestigkeit und Lebensmittelechtheit. Dadurch eignet es sich besonders für Haushaltsgegenstände.
Wie hat sich der 3D-Druck im Laufe der Jahre entwickelt?
Der 3D-Druck begann in den 1980er Jahren mit der Entwicklung der Stereolithografie durch Chuck Hill. In den folgenden Jahrzehnten wurden verschiedene Technologien und Materialien eingeführt. Dies brachte den 3D-Druck vom industriellen Einsatz in den privaten Bereich. Initiativen wie RepRap förderten kostengünstige, reproduzierbare Drucker, was die breite Nutzung weiter vorantrieb.
Welche Branchen profitieren am meisten vom 3D Druck?
Der 3D-Druck hat großen Nutzen in mehreren Branchen, insbesondere in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie der Medizin. In der Automobil- und Luftfahrtbranche ermöglicht er die Herstellung leichter, hochstabiler Prototypen und Bauteile. In der Medizin revolutioniert er die Produktion patientenspezifischer Implantate und Prothesen.
Gibt es auch Nachteile oder Herausforderungen beim 3D-Druck?
Ja, es gibt auch Nachteile und Herausforderungen beim 3D-Druck. Dazu gehören die begrenzte Größe der Druckteile, die oft notwendige Nachbearbeitung und die Qualitätssicherung. Zudem können die Materialkosten hoch sein und die Druckgeschwindigkeit ist im Vergleich zu Massenproduktionsmethoden wie Spritzgießen oft langsamer.
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