3D-Druck im XXL-Format 20.11.2019, 12:05 Uhr

State of the Art: Großes aus dem 3D-Drucker

Der 3D-Druck ist in der industriellen Produktion ebenso wenig wegzudenken wie in der Prototyp-Fertigung. Durch additive Fertigungsverfahren werden aber nicht nur Projekte im Taschenformat realisiert, sondern auch Fahrzeuge und Wohnraum. Wir stellen großartige Projekte vor.

3D-Drucker der University of Maine

Foto: University of Maine/Adam Kuykendall

Der weltweit erste 3D-Druck wurde bereits 1980 angefertigt. Der US-Amerikaner Chuck Hull gilt als der Erfinder der einfallsreichen und vielseitig einsetzbaren Technologie. Damals wurde das System als Stereolithographie bezeichnet und nutzte eine Flüssigkeit, die mittels eines UV-Lasers ausgehärtet wurde. In den folgenden Jahren wurden weitere, immer effektivere 3D-Druck-Verfahren entwickelt. Die nächste Stufe stellte hier das Lasersinterverfahren von Carl Deckard dar, das Kunststoffpulver mit Hilfe eines Lasers verschmolz. Zur etwa gleichen Zeit wurde auch die heute gängigste Methode des Desktop-3D-Drucks erfunden und öffentlich-rechtlich geschützt: Das FDM-Druckverfahren. Bei dieser Methode wird Kunststoff direkt geschmolzen und anschließend mittels Düsen in mehreren Schichten aufgetragen.

Mit Hilfe dieser Technologie wurden auch einige Projekte im XXL-Format realisiert. Gern möchten wir Ihnen die spektakulärsten Ergebnisse eines additiven Fertigungsprozesses einmal vorstellen.

Ahoi, 3D-Druck: Das größte Kunststoffboot der Welt

Foto: University of Maine/Adam Kuykendall

Foto: University of Maine/Adam Kuykendall

Wer hatte nicht schon einmal das Verlangen nach einem entspannten Angelausflug oder einer schnellen Bootstour? Forscher der University of Maine (Vereinigte Staaten von Amerika) haben diesen Traum mittels des 3D-Druckverfahrens Wirklichkeit werden lassen. Sie tauften das 7,62 Meter lange und 2,2 Tonnen schwere Kunststoffboot liebevoll „3Dirigo“. Entsprungen ist es dem eigens umgebauten, globusweit größten 3D-Drucker und wurde in nur einem Stück gefertigt. Der Druck selbst dauerte bei gut 227 Kilogramm gedrucktem Material pro Stunde insgesamt 3 Tage bis zur Vollendung. Als Werkstoff diente ein Materialmix aus Kunststoff und Cellulosefasern.

Außerdem stellte das 3D-Erzeugnis der Superlative gleich 3 Weltrekorde auf:

  • Realisiert wurde es mit dem größten auf der Erde befindlichen 3D-Drucker
  • Es ist das größte in einem Durchgang gedruckte Produkt
  • Es ist das größte mittels 3D-Verfahren realisierte Boot.

Die nachhaltig genutzten Materialien, das Einsparen von zusätzlichen Arbeitsschritten und die Möglichkeit, große Strukturen mühelos erschaffen zu können, brachte der Universität eine staatliche Förderung von 20 Millionen US-Dollar ein. Diese soll dazu beitragen, weiterhin neuartige und noch umweltfreundlichere Baumethoden zu entwickeln.

Leben, Schlafen, Wohnen – das Haus aus dem 3D-Drucker

Die USA sind dafür bekannt, in Windeseile Wohnraum zu errichten, den man im Falle eines Umzugs auch noch mitnehmen kann. Diese Fertighäuser bestehen aus leichten Materialien und können ganz einfach per Anhänger transportiert werden. Doch das neueste Projekt, das sogar den Bau des Hauses zum Kinderspiel werden lässt, kommt aus den Vereinigten Arabischen Emiraten. Dubai setzt mit Hilfe des 3D-Drucks ganz neue Maßstäbe im Bauwesen.

Bereits 2017 arbeitete das arabische Start-Up Renca an einer Art Öko-Zement, der laut Angaben des Unternehmens besonders umweltfreundlich und leicht zu verarbeiten sei. Der Generaldirektor der Stadt Dubai nutzte diese Innovation, um das erste im übertragenen 3D-Druck entstandene Haus nur 2 Jahre später zu präsentieren. Das Anwesen in Warsan ist 9,5 Meter hoch und hat eine Fläche von insgesamt 640 Quadratmeter. Lediglich 15 Personen arbeiteten an dem gigantischen Projekt, das nun als Wohn- und Bürogebäude genutzt werden kann.

Der Entstehungsprozess erscheint dabei so simpel, wie das dreidimensionale Zeichnen mittels eines Stifts. Das verwendete Material befindet sich in einem flüssigen Aggregatzustand und kann deshalb gut verarbeitet werden. Anschließend härtet der nachhaltige Zement ziemlich schnell aus, was die Bauzeit des Projekts verkürzte. Auf diese Weise wurden mehr und mehr Schichten aufgetragen, die sich schließlich zum fertigen Haus ergänzten. Laut Hersteller fiel unterm Strich rund 60 % weniger Abfall an als bei einem konventionellen Gebäude dieser Größenordnung. Die Stadt Dubai plant bis zum Jahr 2030 noch weitere Projekte dieser Art.

Das erste Elektroauto aus dem 3D-Drucker

Die Entwicklung elektrischer Antriebsarten bietet ganz neue Design- und Herstellungsmöglichkeiten für die Inneneinrichtung und Bauteilbeschaffung. Was nicht mehr der Hitze eines Verbrennungsmotors standhalten muss, kann auch einen Mantel aus Kunststoff in Betracht ziehen. Das italienische Start-Up XEV (X Electrical Vehicle) nutzte diesen Sachverhalt und entwickelte das erste aus dem 3D-Drucker entsprungene Elektroauto der Welt, den LSEV.

In Zusammenarbeit mit einem chinesischen 3D-Druck-Unternehmen soll das futuristisch anmaßende Fahrzeug bald in die Serienproduktion gehen. Bei einer maximalen Geschwindigkeit von 70 km/h und einer Reichweite von 150 Kilometern pro Akkuladung, sprechen wir natürlich von einem kleinen Stadtflitzer. Mit einem Gesamtgewicht von nur 450 Kilogramm wiegt das Auto in etwa die Hälfte eines herkömmlichen Kleinwagens. Außerdem reduzierte der Hersteller die Bauteile, die bei einem handelsüblichen Kfz dieser Größenordnung bei rund 2.000 liegen, auf genau 57 – die allesamt durch additive Fertigung entstehen. Ausgenommen davon sind jedoch Reifen, Scheiben, Sitze und die Karosserie. Das Modell befindet sich bereits auf dem Markt und ist derzeit für rund 8.000 Euro zu erwerben. Über 7.000 Vorbestellungen, vorranging aus China, wurden bereits aufgenommen. Der gesamte Fertigungsprozess des Fahrzeugs benötigt laut Unternehmen nur 3 Tage.

Das gedruckte E-Motorrad für die Straße

Mit Deutschland als Vorreiter in vielen Bereichen der Automobilität ist es nicht verwunderlich, dass sich Ingenieure und Wissenschaftler neuester Technologien bedienen, um die Entwicklung neuer Fahrzeuge voranzutreiben. Der 3D-Druck spielt mittlerweile auch hierzulande eine tragende Rolle, durch die nicht nur einzelne Bauteile, sondern komplette Fahrzeuge realisiert werden können.

Ein nahezu vollständig aus dem 3D-Drucker entsprungenes Elektromotorrad wurde in nur 2 Wochen vom Forschungslabor Nowlab des Berliner Unternehmens BigRep konstruiert, gedruckt und zusammengebaut. Das „Batmobil Nera“ getaufte und mit einem Elektroantrieb versehene Vehikel besteht aus insgesamt 15 gedruckten Bauteilen und erreicht damit ein Gesamtgewicht von nicht mehr als 60 Kilogramm. In mattem Schwarz gehalten, wurden selbst die luftleeren Reifen aus Hartkunststoff gefertigt. Mehr zum E-Motorrad aus dem 3D-Drucker.

Haben Sie auch schon einmal etwas Besonderes gedruckt? Dann stellen Sie uns Ihr außergewöhnliches Projekt aus dem 3D-Drucker doch gern einmal vor. Schreiben Sie uns dazu einfach eine E-Mail an redaktion@ingenieur.de. Wir freuen uns über zahlreiche Einsendungen und stellen die spannendsten Projekte gerne vor.

Von Silvia Hühn

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