3D-Druck – Revolution in drei Dimensionen

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Die Erfindung des Buchdrucks gilt als Meilenstein in der Drucktechnik und 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 und eröffnen völlig neue Möglichkeiten bei der Produktion und Reproduktion von Druckprodukten – im Guten wie auch im Schlechten…
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 von dem US-Amerikaner Chuck Hull patentiert – versprach die individuelle oder massenweise Produktion von Objekten durch das Schmelzen und Formen von verschiedenen 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 für 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 und Privatpersonen können bereits für wenige hundert Euro Geräte im Fachhandel erwerben. Industriegeräte kosten hingegen schon einmal schnell fünfstellige oder sogar sechsstellige Summen. Wir nehmen uns dem Trend des 3D-Drucks an und klären die wichtigsten Fragen um die Technologie.

Wie funktioniert der 3D-Druck?

Zu den wichtigsten Drucktechniken des 3D-Drucks gehören vor allem das Fused Deposition Modeling (FDM) für Kunststoffe und teilweise Kunstharze sowie die Stereolithografie, aber auch das selektive Laserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen für Metalle, das selektive Lasersintern für Polymere, Keramik und Metalle und das Digital Light Processing für flüssige Kunstharze und das Polyjet-Modeling sowie.
Alle diese Drucktechniken eint eine gleichbleibende Funktionsweise: Das Material – oft eine optimierte Werkstoffmischung – wird in den meisten Fällen als Rolle in das 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 dreidimensionalen Figur gesteuert und legt die Schichten des flüssigen Filaments so übereinander, dass die Figur geformt wird. Nach der Aushärtung des Objekts ist der Druckvorgang schon abgeschlossen. Der geringe Aufwand bei gleichzeitig geringen Materialkosten und wenig Verschleiß macht die Drucktechnik attraktiv für jede Art von Anwender.

Was sind die wichtigsten Anwendungsbereiche?

Dem 3D-Druck sind hinsichtlich der Anwendungsbereiche prinzipiell keine Grenzen gesetzt. Vom Flugzeughersteller über die Medizintechnik bis hin zum Häuserbau setzen große Unternehmen reihenweise auf die Technologie. Für die Produktion von Einzelteilen für seine Maschinen greift Boeing beispielsweise auf den 3D-Druck zurück. In der Medizin und der Bionik spielen 3D-Drucker ebenfalls eine immer größere Rolle: Künstliche Gelenke für den menschlichen Körper sind etwa ein hervorragendes Beispiel für den Nutzen der Innovation durch die Drucktechnologie. Welche praktischen Ausmaße die Druckprodukte annehmen können, zeigt hingegen ein Beispiel aus China. Im chinesischen Bezirk Tognzhou steht nun seit diesem Jahr ein komplett vom 3D-Drucker gefertigtes Wohnhaus, das außerdem Erdbeben der Stärke 8.0 auf der Richterskala standhalten können soll. Die Bauzeit für das Projekt betrug gerade einmal 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 Einsparungen bei Kosten und Aufwand für die Infrastruktur und die Industrie ein unglaubliches Potential offenbaren.
Nicht alle scheinen aber die Vorzüge so zu schätzen. Vor allem die großen Drucktechnologiefirmen wie Hewlett-Packard, Epson oder Canon vernachlässigen diesen Trend und 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-Drucks gerechnet werden kann und durch verbesserte Geräte, Software und Materialien auch die Fertigung immer besser wird.

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 und vor allem deshalb gefährlich, weil gefährliche 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 drucke ich selbst in 3D?
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 3D-Druck spezialisiert haben. Tendenziell werden die Beschaffungskosten der Geräte sowie die Materialkosten in den nächsten Jahren weiter fallen, wodurch der 3D-Druck immer mehr Menschen zugänglich wird. Welche Möglichkeiten und Anwendungsbereiche, welche innovativen Techniken und Produkthighlights sich künftig auftun werden, macht diese Drucktechnik so spannend.