Wissen: 10 Fakten zu 3D-Druckern
Autobauer, Modedesigner und Architekten setzen längst auf die zahlreichen Vorteile des 3D-Druckverfahrens. Doch es kommen immer weitere Anwendungsgebiete hinzu. So könnten die Geräte in der Medizin schon bald für eine Revolution sorgen. Lesen Sie hier die zehn wichtigsten Fakten zu 3D-Druckern.
3-D-Drucker erstellen längst mehr als nur Prototypen und Werkstücke.
Foto: Britta Pedersen/dpa
1. Wer hat’s erfunden?
Bereits 1983 wurde der 3D-Druck von dem US-amerikanischen Erfinder und Ingenieur Chuck Hull entwickelt. Er bezeichnete das Verfahren zunächst als „Stereolithografie“ und meldete es 1986 zum Patent an.
2. Wie läuft die Produktion ab?
Die dreidimensionalen Werkstücke werden beim 3D-Druck nicht in eine Form gegossen, sondern Schicht für Schicht computergesteuert aufgebaut oder in ihrer Form fixiert.
3. Welche Vorteile bietet der 3D-Druck?
Viele Prototypen oder Modelle lassen sich auch in anderen Verfahren herstellen. Der Vorteil des 3D-Drucks gegenüber der Erstellung durch Bohren, Schneiden oder Drehen ist jedoch, dass deutlich weniger Materialverlust entsteht. Es wird immer nur exakt die Menge Material verbraucht, die für den Prototypen, das Modell oder Werkstück nötig ist. Die bislang zur Herstellung der Wunschform benötigten Spezialwerkzeuge werden so ebenfalls unnötig.
4. Welches Material wird zum Drucken verwendet?
Beim 3D-Druck können Kunststoffe, Keramik, Metalle, Polymere, Ton, Kunstharze und Holz (durch eine Mischung aus Harz und Holzmehl) verwendet werden. Aber auch essbare Materialien wie Schokolade oder Teig können die Drucker inzwischen verarbeiten. Die Wahl des Materials orientiert sich an der Verwendung des hergestellten Werkstücks.
5. Welche Druckverfahren gibt es?
Es gibt bislang vier wesentliche Druckverfahren: Bei der Stereolithografie wird ein Kunststoffobjekt von stützenden Stoffen in der gewünschten Form gehalten und Schicht für Schicht von einem Laser ausgehärtet. Beim Schmelzverfahren (auch Fused Deposition Modeling genannt) wird das geschmolzene Herstellungsmaterial Schicht für Schicht aufgetragen, bis das Endprodukt fertig ist. Kommen hierbei mehrere Druckköpfe zur Anwendung, spricht man von Polyjet Modeling.
Das Sinterverfahren kann in Selective Laser Sinter (SLM) und Selective Laser Melting (SLM) unterteilt werden. Bei ersterem wird pulverförmiges Material nach und nach mithilfe eines Lasers verklebt. Beim SLM wird das Pulver verschmolzen. Das Verfahren des Elektronenstrahlschmelzens setzt auf die Belichtung von Metallpulver durch einen Elektronenstrahl, wodurch nach und nach die gewünschte Form entsteht.
6. Sind kombinierte Druckverfahren möglich?
Ja. Wissenschaftler im US-Bundesstaat New York konnten bereits eine Zink-Luft-Batterie aus diversen Ausgangsmaterialien drucken. Die Kombination verschiedener Materialien in einem Druckvorgang verkürzt die Produktionsdauer enorm, da mehrere Fertigungsschritte zu einem zusammengefasst werden können. Zudem wird so die Herstellung komplexer, z. B. ineinander verschlungener, dreh- oder verschiebbarer Teile möglich. Materialien, die während des Drucks lediglich eine stützende oder ausfüllende Funktion haben, werden nach dem Druck einfach ausgewaschen oder –geblasen.
7. Welche Anwendungsgebiete gibt es für 3D-Druck?
Anfangs wurden im 3D-Druckverfahren lediglich Prototypen und Modelle, später auch in sehr geringer Zahl benötigte Werkstücke produziert. Vor allem Autobauer setzen auf das sog. „Rapid Prototyping“, also die schnelle und verhältnismäßig kostengünstige Möglichkeit, Prototypen herzustellen. Aber auch Designer und Architekten nutzen den 3D-Druck, um ihre Modelle zu produzieren. Der Flugzeughersteller Boing lässt Teile für das Kampfflugzeug F/A-18 im 3D-Druckverfahren herstellen und in Amsterdam wird gar eine Stahlbrücke von Robotern vor Ort gedruckt.
8. Was hat 3D-Druck mit Medizin zu tun?
In der Zahnheilkunde ist der 3D-Druck hilfreich: Implantate oder Zahnersatz werden damit einfach passgenau gedruckt. Und auch in einem anderen medizinischen Bereich liegen große Hoffnungen auf dem 3D-Druckverfahren: Prothesen könnten dadurch womöglich bald überflüssig werden, wenn Ersatzkörperteile mit 3D-Druckern produziert werden. Ausgangmaterial für diese sind anatomisch exakt im 3D-Druckverfahren angeordnete Zuckermoleküle. An diese werden Stammzellen angelagert, die anschließen für den Aufbau eines künstlichen Körperteils oder Organs sorgen.
9. Was hat 3D-Druck mit Architektur zu tun?
Als Antoni Gaudí die kolossal komplexe „Sagrada Familia“, eine bis heute unvollendet Basilika in Barcelona, erdachte, konnte er nicht ahnen, dass das beeindruckende Gebäude, dessen Bau 1882 begann, einmal auf ein Verfahren wie den 3D-Druck zurückgreifen würde. Die vom Architekten erdachten, überaus komplexen Formen von Helikoid bis Rotationshyperboloid wären sonst kaum umsetzbar.
10. Wird man bald Lebensmittel drucken?
Dass Anbieter essbare Materialien für den 3D-Druck verwenden, ist schon heute gang und gäbe. So kann man sich beispielsweise neuerdings Gummibärchen in Wunschform produzieren lassen. Doch wird auch Fleisch bald gedruckt werden können? Das US-amerikanische Unternehmen „Modern Meadow“ arbeitet derzeit daran und hat nach eigenen Angaben bereits ein Schweinekotelett aus Biotinte hergestellt. Diese besteht nach Unternehmensangaben aus unterschiedlichen Zelltypen. Der Drucker sorgt für eine feste Beschaffenheit des Materials, bevor das „Kunstschnitzel“ in einem Bioreaktor zur Essbarkeit ausreift.
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