Wo kommt er her, wo geht er hin – und wie funktioniert er überhaupt? Wir nehmen den 3D-Druck genau unter die Lupe.
Aller Anfang ist schwer
Schnell, schneller, 3D-Druck! Wusstet ihr, dass der 3D-Druck seinen Anfang in der Automobilindustrie fand? Der Vater des 3D-Drucks, der US-Amerikaner Charles W. Hull, tüftelte seit Beginn der Achtzigerjahre an seinem Herzensprojekt. 1983 gelang dem Wissenschaftler dann der Durchbruch: Er druckte ein dunkelbraunes Plastikschälchen.
Nach der Firmengründung „3D-Systems“ im Jahr 1986, interessierte sich sofort die Automobilindustrie für Hulls Technologie. Nun ging es Schlag auf Schlag: Zunächst wurde der 3D-Druck nur zur Erstellung von Prototypen und Modellen genutzt („Rapid Prototyping“), danach folgte die Herstellung von Spezialwerkzeugen („Rapid Tooling“) und letztendlich auch die Massenfertigung („Rapid Manufacturing“).
Mittlerweile wendet jedoch nicht mehr nur die Automobilindustrie diese hilfreiche Technologie an – die Anwendungsgebiete haben sich erweitert und auch die verwendeten Materialen sind vielfältiger geworden. Doch welche Technologie steckt tatsächlich hinter dem geheimnisvollen Druck?
3D-Druck ist nicht 3D-Druck – Die Technik dahinter
Beim 3D-Druck werden dreidimensionale Objekte in einem zweidimensionalen Prozess hergestellt – den Ablauf bezeichnet man als generatives Fertigungsverfahren. Nachdem die dreidimensionalen Modelle mit Hilfe einer CAD-Software auf dem Computer erstellt wurden, geht es an die tatsächliche Produktion. Hierfür bietet sich eine Vielzahl an Fertigungstechniken an, drei sollen euch hier kurz vorgestellt werden:
- Die Stereolithografie (SLA)
Die Stereolithografie ist die älteste Form des 3D-Drucks und wurde vom bereits erwähnten Wissenschaftler Charles W. Hull entwickelt. Noch heute prägen seine Erkenntnisse die Technikwelt. Bei der SLA benötigt man einen Laser und ein mit flüssigem Photopolymer befülltes Behältnis. Photopolymere sind Stoffe, die durch ultraviolette Lichteinwirkung ihre Eigenschaften verändern, so zum Beispiel Harze. Im Falle der SLA treffen die Laser auf das jeweilige Harz in den Behältnissen, es entstehen Ecken und Kanten – das dreidimensionale Modell nimmt seine Form an.
- Das Fused Deposition Modeling (FDM)
Bei diesem Fertigungsverfahren können nur Materialien benutzt werden, die beim Erhitzen weich und formbar werden. Es bieten sich hierfür zum Beispiel Kunststoffe, Wachse, weiche Lebensmittel und Beton an. Der Druckkopf von FDM-Maschinen verfügt über eine heiße Düse, hier werden die Materialen hineingedrückt und verflüssigen sich. Nun kann das Produkt (das Filament) als dünner Faden aus dem Druckkopf austreten und Schicht für Schicht das gewünschte Objekt erstellen. Da der Plastikdraht nicht sofort an der Luft trocknet und erstarrt, werden beim Produzieren Gitterstrukturen zur Stütze angebracht. Diese können am Ende abgeknipst oder weggeschliffen werden. Das FDM ist die aktuell am häufigsten verwendete Fertigungstechnik im 3D-Druck.
- Selective Laser Sintering (SLS)
Beim Selective Laser Sintering ist das Ausgangsmaterial pulverförmig. Schicht für Schicht wird hierbei ein Hauch der Materialpartikel aufgetragen, danach verfestigt der Druckkopf das Pulver – ganz nach gewünschter Form. Bei dieser Fertigungstechnik können nicht nur Produkte aus Kunststoff, sondern auch aus Metall und Keramik hergestellt werden. Das Pulver, das am Ende nicht benötigt wurde, kann abgebürstet und für eine neue Produktion benutzt werden.
Ein Ausblick in die Zukunft
Angefangen hat alles mit einem dunkelbraunen Plastikschälchen – mittlerweile ist fast alles möglich: Häuser werden gedruckt, kostengünstige Prothesen erstellt, Lebensmittel für Menschen mit Kau- und Schluckbeschwerden produziert. Und auch die Medizin sieht Entwicklungschancen: Organe aus dem 3D-Drucker werden tatsächlich in Betracht gezogen. So hat sich in den vergangenen Jahren eine ganze 3D-Druck-Community zusammengefunden, die Kunstwerke erstellt, der Wissenschaft dient und sogar Open-Source-Software und -Hardware anbietet.