Seit wann gibt es 3-D-Drucker?

Man glaubt es kaum, aber bereits Anfang der 1980er Jahre gab es erste, industrielle 3-D-Druckmaschinen. Es war allerdings erst Charles Hull, der 1986 den 3-D-Drucker zum Patent anmeldete. Die ersten 3-D-Druckmaschinen kamen schon damals im Flugzeug- und Autobau zum Einsatz sowie beim Militär. 2009 war es dann so weit, dass die ersten Dienstleister auch Auftragsarbeiten umsetzen. Die ersten privaten Anwender waren Designer und Künstler, die ihre Prototypen mittels 3-D-Druck schnell und so effizient wie möglich herstellen wollten.

Wie funktioniert der 3-D-Druck?

3-D-Drucker sind keine „gewöhnlichen“ Drucker. Sie arbeiten nicht zweidimensional, sondern bauen hauchdünn, Schicht für Schicht, durch Hinzufügen oder Auftragen von Material, dreidimensionale Objekte auf. Im Gegensatz zum „subtraktiven Verfahren“, bei dem Material mittels Fräsen, Drehen oder Bohren vom Objekt abgetragen wird, spricht man beim 3-D-Druck deshalb auch vom „Generativen Verfahren“. Als Vorlage dient dabei fast immer ein digitales Modell. Dieses liegt meist in Form einer CAD-Datei (Computer Aided Design) vor, die in einen maschinenlesbaren Code umgerechnet wird.

Welche Vor- und Nachteile bietet der 3-D-Druck zu herkömmlichen Drucktechniken?

3-D-Druck ermöglicht das Schaffen von Strukturen und Formen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich sind. Oftmals werden auch Ersatzteile für Installationen benötigt, die so alt sind, dass schlichtweg keine Ersatzteile mehr vorrätig sind oder produziert werden. In diesen Fällen können Ingenieure die defekten Teile scannen, und anschließend am Computer nachbilden. Auch ermöglichen 3-D-Drucker Strukturen nachzudrucken, die in der Natur zu finden sind. Dieses sogenannte „bionische Design“ konnte bislang nur eingeschränkt eingesetzt werden. Gut zu wissen: beim 3-D-Druck kommt schon lange nicht mehr nur Kunststoff zum Einsatz, sondern auch Edelstahl, Aluminium, Titan oder Cobalt-Chrom. Material, dass mit einem 3-D-Drucker erzeugt wurde, erkaltet und erstarrt schneller, hat eine feinere Körnung und ist häufig auch leichter. Obwohl das Objekt aus Pulver oder Flüssigkeit hergestellt wird, ist das Endergebnis genauso stabil und belastbar wie ein traditionell gefertigter Gegenstand. Als nachteilig hat sich jedoch in manchen Fällen herausgestellt, dass gedrucktes Metall weniger dehnbar und somit bruchanfälliger ist.

In welchen Bereichen kommt der 3-D-Druck zum Einsatz?

Ob in der Prototypen-Entwicklung, der Einzelanfertigung von Kleinserien oder auch in der Massenfertigung: die 3-D-Technik kommt heute in vielen Bereichen zum Einsatz. Beim sogenannten „Rapid Prototyping“ können Musterteile mit Hilfe vorhandener Konstruktionsdaten schnell erstellt werden. Branchen, in denen dieses Verfahren häufig eingesetzt wird, sind unter anderem der Maschinenbau, das Design und die Architektur. Auch in der Einzelanfertigung stellt die Technik ihre Stärken unter Beweis. Hier hilft der 3-D-Druck dabei, (seltene) Ersatzteile, individuelle Zahnkronen und Hörgeräte oder auch Schmuckstücke anzufertigen. Ein großer Vorteil des 3D-Drucks liegt vor allem in der Flexibilität: so können Ersatzteile zum Beispiel in der Raumfahrt bequem vor Ort hergestellt werden.

Industrie tastet sich immer mehr an den 3-D-Druck heran

In der Massenfertigung kommt der 3-D-Druck noch vergleichbar selten zum Einsatz, was nicht nur an den relativ hohen Kosten liegt. Auch der Faktor „Zeit“ spielt eine erhebliche Rolle. Denn der Drucker braucht für jedes Stück gleich lange, was – je nach Charakteristik des Drucks – durchaus sehr zeitintensiv sein kann. Auch die Größe des zu erstellende Objektes lässt dem 3-D-Druck in der Massenfertigung an seine Grenzen stoßen. Auch moderne Industriedrucker können aktuell nur selten mehr als Längen von 1 Meter produzieren. Zu wenig für viele Industriebereiche. Dennoch: die Industrie tastet sich an die neuen Technologien heran. So bestellt Airbus einige Teile nicht mehr bei Zulieferern, sondern druckt diese selber. Und General Electric druckt Einspritzdüsen für die neueste Generation von Flugzeugtriebwerken. Die ein Viertel leichter und fünfmal so belastungsfähigen Teile sollen bereits in den neuen Versionen der Boeing 737 und im Airbus A320 verbaut werden. Auch im Automobilbereich wird dreidimensional gedruckt: Ford produziert Prototypenteile, wie den Maschinenblock der EcoBoost Engine, der bei wenig Hubraum sehr viel Leistung liefert.

Eine Revolution in der Medizin

In der Medizin sorgt der 3-D-Druck aktuell regelrecht für eine Revolution. Besonders in der Organ-Transplantation können beispielsweise notwendige Ersatzteile passgenau angefertigt werden. So haben Ärzte in Peking erst kürzlich dank der innovativen Technik einen künstlichen Rückenwirbel hergestellt und einem zwölfjährigen Patienten implantiert. In den Niederlanden wurde Anfang 2014 einem Patienten eine künstliche Schädeldecke implantiert, die im 3-D-Druckverfahren hergestellt wurde. Und an der amerikanischen Cornell Universität erforscht man zurzeit künstliche Ohren und Luftröhren. Der 3-D-Druck ermöglicht es ebenfalls, Medikamente herzustellen, die aufgrund ihrer Zusammensetzung oft zu porös sind. Ende Juli 2015 erhielt so das erste Mal ein Medikament aus einem 3-D-Drucker eine Zulassung: das Medikament gegen Epilepsie für Erwachsene und Kinder verfügt dank der 3-D-Technik über eine höhere Wirkstoff-Konzentration und kann daher in kleineren Pillen angeboten werden.

Was sind die Trends, die sich abzeichnen?

Ingenieure und Experten der Massenindustrie sehen den 3-D-Druck nicht als Substitution, sondern als Ergänzung zur Massenproduktion. Es wird immer Bauteile geben, die sich besser oder einfacher gießen oder spritzen lassen. Dennoch: der 3-D-Druck wird immer attraktiver für die Industrie. So stieg die Produktion allein von 2003 bis 2013 um 65,4 Prozent. Mit einer Wachstumsrate von 34,9 Prozent erreichte der 3D-Druck-Markt im Jahr 2013 das höchste Wachstum seit 17 Jahren. (Quelle: www.konstruktion.de, „8 Industrietrends, die den 3-D-Druck beeinflussen“). Speziell für schwierig zu konstruierende Teile, wie z. B. Innengeometrien bietet der 3-D-Druck viele Vorteile. Experten sehen demnach noch viel Entwicklungspotenzial für die kommenden zehn Jahre. Dann könnte es auch möglich sein, z. B. Ersatzteile für Waschmaschinen etc. zu drucken. Fakt ist: Große Unternehmen wie Autodesk, Amazon oder HP steigen vermehrt in den 3-D-Druck ein.

Fazit
Für den 3D-Druck gibt es inzwischen viele große Unternehmen, die ein umfassendes Service- und Produktangebot anbieten. Egal, ob Sie Spezialisten für ein Großprojekt oder auch einen 3-D-Scan-Service suchen: Bei „Wer liefert was“ finden Sie genau die Dienstleister, die Sie nach vorne bringen.