Was ist ein 3D-Drucker?

fdm-drucker

Unter der Bezeichnung 3D-Druck werden die additiven (aufbauenden) Herstellungsmethoden verstanden, bei der eine Maschine ein Objekt Schicht für Schicht aufbaut. Für diesen Prozess sind keine Werkzeuge notwendig. Grundvoraussetzung für die Durchführung eines 3D-Druckes ist das Vorhandensein eines digitalen 3D-Modells. Ein 3D-Modell erhalten Sie durch einen 3D-Scann oder durch 3D-Modellierung mithilfe einer 3D-Modellierungssoftware. Dieses Modell wird von einer Software in eine Vielzahl von Schichten zerlegt (slicen). Der Drucker baut das Modell Schicht für Schicht auf. Die dafür benutzten Materialen hängen von dem jeweiligen Verfahren ab, das angewendet wird. Dies können Stoffe ohne feste Form (Flüssigkeiten, Pulver) oder Stoffe mit einer neutralen Form wie Bänder oder Drähte (Filament) sein. Für die Gestaltung des Werkstücks werden physische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse vom 3D-Drucker ausgeführt. Meist ist noch eine Nachbearbeitung notwendig. Diese ist je nach verwendetem Druckverfahren und vorgesehener Verwendung unterschiedlich umfangreich. (bspw.: Lackieren, Reinigen, Entfernen von Stützstrukturen)


Was macht ein 3D-Drucker?

3D-Drucker dienen als Medium um die Daten des digitalen 3D-Modells (häufig auch als CAD-Modell bezeichnet) in die Realität zu übertragen. Der Drucker materialisiert jeweils eine der Schichten des Modells, in die es von der Software „zerlegt“ wurde. Dies kann so ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker funktionieren (PolyJet, FDM), dabei wird von einer Düse das Material auf eine Bauplattform aufgetragen. Es kann aber auch in einem Schmelzprozess ablaufen. Dabei werden die Schichten in ein Bett aus Metall oder Kunststoffpulver geschmolzen. Das nichtverwendete Material bleibt in Pulverform und wird nach dem Druck entfernt und kann wiederverwendet werden. Andere Verfahren sind das Lasersintern, die Stereolithographie oder das 3D-Pulverdruckverfahren.

Beim 3D-Drucken wird solange Schicht auf Schicht des Objekts materialisiert, bis die digitale Vorlage komplett in die fassbare Welt übertragen wurde. Die wichtigsten Verfahren haben wir für Sie in eigenen Beiträgen hier kurz zusammengefasst.

Druck Prozess am Beispiel eines FDM-Druckers.


Eine kurze Geschichte des 3D-Drucks

Im Prinzip geht die Entstehung des Technologiefeldes des 3D-Drucks auf Chuck Hull zurück. Hull erfand 1983 das 3D-Druckverfahren der Stereolithografie. Der 3D-Druck etabliert sich als eine Alternative zu spanenden, fräsenden, schleifenden oder gießenden Fertigungsmethoden. Leistungsfähigere Software und verbesserte Rechnertechnik ermöglichen es nun komplexe Geometrien in kurzer Zeit zu berechnen und digital zu modellieren. Fortschreitende technische Weiterentwicklungen haben kompakte, so genannte Desktop-3D-Drucker, soweit verkleinert und emissionsarm gemacht, dass sie den Weg in private Haushalte und Büros gefunden haben. Diese „Heimdrucker“ nutzen in der Regel das FDM-Verfahren. Neben dem Bestreben die 3D-Drucker immer kompakter zu machen gibt es einen Trend den verfügbaren Bauraum (der Bereich indem gedruckt werden kann) zu vergrößern. Dies geht soweit, dass das WASP-Team aus Italien sich daran mach einfache Häuser mithilfe ihres riesigen 3D-Druckers (BigDelta) zu drucken.

Mittlerweile hat sich weltweit ein Industriezweig um den 3D-Druck entwickelt. Mit der Herstellung der Drucker und dem Service rund um den 3D-Druck ist ein Markt entstanden, der rasant wächst und auf dem schon einige Milliarden Euro pro Jahr an Umsatz erzeugt werden.

Beispiel Desktop-3D-Drucker Ultimaker
3D-Drucker für gewerblichen Gebrauch

Beispiel eines der vielen verfügbaren Desktop-3D-Drucker.

Ein 3D-Drucker für die gewerbliche Verwendung.

Ein kurzes Video des 3D-Druckers BigDelta von WASP für den Druck von Gebäuden.


Ausblick

Der ein oder andere Zukunftsforscher sieht im 3D-Druck den Anfang eines Ent-Globalisierungsprozesses und den Beginn einer Re-Regionalisierung. Ob diese Prognosen eintreffen wird die Zukunft zeigen. Jedenfalls hat der 3D-Druck das Erstellen von Prototypen revolutioniert, indem Prototypen in nie dagewesener Geschwindigkeit hergestellt werden können. Auch in der Produktentwicklung bieten sich viele neue Wege, da nun fast alle Formen möglich sind und weniger Rücksicht auf den Herstellungsprozess des Werkstückes gelegt werden muss. Grade im Bereich der individuellen Produkte haben 3D-Drucker enorme Vorteile. Mittlerweile kann der Kunde persönliche Designs auch für Schmuck, Gadgets und sogar für Nahrungsmittel bekommen. Im Bereich der Medizin hat der 3D-Druck ebenfalls schon für Neuerungen gesorgt. So können mittlerweile Hüftgelenke genau an den Patienten angepasst werden und diese müssen nicht mehr nur mit halbwegs passenden Standartmodellen zufrieden sein. Als nächster Schritt soll menschliches Gewebe aus dem 3D-Drucker die Organspende überflüssig machen.

Was wir in Zukunft noch alles mit dem 3D-Drucker herstellen können, ist offen. Da sind der Phantasie (fast) keine Grenzen gesetzt. Haben Sie von einem interessanten Projekt zum Thema 3D-Druck gehört, dann würden wir uns über einen Kommentar zum Thema freuen.