Eine Übersicht über den 3D-Druck

3D-Print, auf Deutsch als 3D-Druck bekannt, bezeichnet die additive Fertigung von Objekten. Das bedeutet, dass anhand eines am Computer gefertigten Modells ein reales Objekt erzeugt wird. Die dafür benötigten Geräte, die 3D-Drucker gehen additiv vor, entfernen also keine Materialfragmente aus einem großen Block, wie es zum Beispiel beim Fräsen gemacht wird, sondern tragen Schicht für Schicht Rohmaterial auf, sodass das Objekt wächst.

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Ein 3D-Drucker trägt Schicht für Schicht Rohmaterial auf | © Stefano Tinti @ Shutterstock.com

So funktioniert ein 3D-Drucker in der Theorie

Ein 3D-Drucker besteht hauptsächlich aus der Druckkammer und dem darin befindlichen beweglichen Extruder. Der Extruder ist das arbeitende Element im 3D-Druck. Er erwärmt den eingeführten Werkstoff, sodass dieser sich leicht verflüssigt. Das Material wird dann als neue Schicht aufgetragen. Vergleichbar ist dieses Verfahren mit einer handelsüblichen Heißklebepistole. Um den genauen Druckprozess zu verstehen, muss man sich über die drei räumlichen Dimensionen – deswegen auch 3D – im Klaren sein.

Die Dimensionen beschreiben die Bewegungsrichtungen, die wir Menschen kennen. Nach vorne und hinten (1), nach links und rechts (2) und nach oben bzw. unten (3). In der Mathematik sind diese Dimensionen als X-, Y- und Z-Achse bekannt. Der Extruder führt die Bewegungen auf der X- und der Y-Achse aus, er bewegt sich also zwischen links und rechts und zwischen vorne und hinten. Die Bewegung nach unten und oben wird meist durch eine entsprechend bewegliche Grundplatte innerhalb der Druckkammer ausgeführt.

In ähnlicher Form findet sich dieses Arbeitsverfahren im Hausbau wieder: Wenn der Grundriss da ist, wird die erste Schicht Ziegel auf das Fundament gesetzt. Danach folgt die zweite Reihe, dann die dritte, vierte und so weiter. Man führt also erst die Arbeit nach vorne/hinten und links/rechts aus, bevor man eine Stufe nach oben geht. Folgendes Video beschreibt diesen Prozess sehr einfach:

Der Extruder füllt also jede gewünschte Fläche mit Material aus, bevor sich die Grundplatte um eine Schicht nach unten bewegt, damit der Extruder mit der nächsten Schicht beginnen kann. Das wiederholt sich so lange, bis das Objekt fertig ist.

Mithilfe eines 3D-Druckers entsteht aus einer Datei ein Objekt

Am Anfang eines jeden 3D-Drucks steht die Idee, die am PC entworfen wird. Dafür wird ein CAD-Programm (sprich: Katt) benötigt. CAD ist die Abkürzung für Computer Aided Design, was soviel wie “Computergestütztes Entwerfen” bedeutet. In diesen Programmen hat man dann die Möglichkeit, das Objekt in Ruhe zu entwerfen und alle Details zu bearbeiten, bis man wirklich zufrieden ist. Ist dies der Fall, so kann das erstellte Modell in einen 3D-Drucker eingespeist werden, der das gewünschte Objekt dann anfertigt.

CAD-Programme gibt es wie Grafikprogramme von verschiedenen Firmen mit unterschiedlichen Ausstattungen als Freeware und Lizenzprodukte. Eine Empfehlung für ein Freeware-CAD-Programm ist FreeCAD. Es ist sehr einfach aufgebaut und mit den von der Website bereitgestellten Tutorials ist die Bedienung schnell gelernt, sodass man bereits nach wenigen Minuten einfache dreidimensionale Objekte entwerfen kann.

Einige Websites bieten auch Tutorials, also einfache Schritt-für-Schritt-Anleitungen für verschiedene CAD-Programme an. Wer keinen Zugang zu Tutorials hat oder sie nicht versteht, sollte sich einmal in der nächsten Universität erkundigen. Viele Studienfächer, vor allem im Bereich Design und Ingenieurslehre, aber auch im Städtebau, beinhalten CAD-Kurse, welche unter Umständen auch von nicht-Studenten besucht werden können.

Mit dem 3D-Druck lassen sich schnell Prototypen erstellen

Consumer 3D-Drucker erreichen in 5 Jahren ihren Durchbruch | 3DPrints.de

Das Marktforschungsunternehmen Gartner hat den "Hype Cycle for Emerging Technologies, 2014" veröffentlicht. Consumer 3D-Drucker werden in 5 bis 10 Jahren im Mainstream adoptiert.

3dprints.de

3D-Drucker sind im Moment in aller Munde. Diejenigen, die nicht wissen, was es ist, haben zumindest schon einmal davon gehört. Der Grund für diese hohe Präsenz in der Öffentlichkeit ist die Entdeckung des Potentials dieser Technologie. 3D-Drucker werden häufig für das Erstellen und Testen von Prototypen verwendet, wofür sie sich auch hervorragend eignen. Mittlerweile sind 3D-Drucker nicht mehr nur eine Spielerei einzelner Wissenschaftler sondern auch für den Ottonormalverbraucher interessant.

3D-Drucker werden mittlerweile in Serie zu angemessenen Preisen gefertigt, sodass sich praktisch jeder Einzelne einen auf den Schreibtisch stellen kann. Das eröffnet völlig neue Dimensionen im Bereich der Innovationsfindung. Wenn jemand eine Idee hat, muss er nicht mehr lange nach Kapitalgebern, Werkzeugen, Werkstätten etc. suchen, sondern kann ganz einfach selbst einen Prototypen designen und ausdrucken. Oft scheitern brilliante Einfälle daran, dass der kluge Kopf dahinter einfach nicht in der Lage ist, ihn umzusetzen. Dies gehört durch 3D-Print nun der Vergangenheit an.

Die Entwicklung von Produkten wird durch 3D-Druck erleichtert

Als Beispiel kann die Computermaus dienen, die wahrscheinlich jeder kennt. War sie am Anfang ihrer Geschichte nur ein Mittel zum Zweck, kam irgendwann der Wunsch des Users auf, dass sie sich doch bitte der Hand besser anpassen möge. Auf der Suche nach einer guten Form gingen viele Firmen nach dem Trial-and-Error-Prinzip vor. Das bedeutet, sie haben es so lange ausprobiert und verändert, bis es gut genug war.

Und da es viel zu umständlich und teuer wäre, für jede minimale Veränderung direkt eine neue Kunststoffgussform mit allem, was dazu gehört, zu entwickeln, kam der 3D-Druck wie gerufen. Das ganze lässt sich auch auf alle anderen Produkte anwenden, deren Qualität man nur anhand von praktischen Versuchen erfassen kann und wo ein Modell am Computer nicht ausreicht.

Der 3D-Druck ist in der Öffentlichkeit angekommen

Vor einigen Jahren hat 3D-Print den Sprung in die breite Öffentlichkeit geschafft. War es früher nur ein Produktionsmittel für Prototypen großer Firmen, kann sich heute ein jeder einen 3D-Drucker ins Arbeitszimmer stellen. Bekam man früher die Ergebnisse von 3D-Druck nur indirekt mit, finden sie sich mittlerweile an jeder Ecke des Alltags wieder. Viele sprechen von einer neuen, industriellen Revolution, welche durch 3D-Druck eingeleitet wurde.

Die Vorteile von 3D-Druck sprechen dabei für sich:

  • Die Materialkosten sind minimal
  • Das erarbeitete Modell kann individuell angepasst werden, zum Beispiel an die Körpermaße einer einzelnen Person
  • Durch das additive Verfahren liegen Materialverschwendung und Produktionsabfälle praktisch bei Null
  • Bruchware, also ein Produkt, welches fehlerhaft oder unvollständig gefertigt wurde, gehört der Vergangenheit an
  • Viele Werkstoffe sind recyclebar oder wurden aus recycletem Material hergestellt
  • Beim Fertigungsprozess arbeitet der 3D-Drucker völlig selbstständig
  • Ein Eingreifen seitens des Besitzers/Bedieners ist nicht nötig, bei sachgemäßer Verwendung sind Verletzungen nahezu unmöglich

Verschiedenste Branchen haben den 3D-Druck bereits für sich entdeckt, was dazu geführt hat, dass man mit viel mehr als nur Kunststoffen drucken kann. Beispielsweise lassen sich auch Gegenstände aus Holz, zum Beispiel Schachfiguren, ohne Probleme drucken. Dafür wird eine Mischung aus Holzspänen und einem Verbundmaterial verwendet. Ingenieure in China haben bereits ein ganzes bewohnbares Dorf in der Nähe von Schanghai mit einem gigantischen 3D-Drucker gebaut. Das Ausgangsmaterial: Eine Mischung aus Zement, Bau- und Industrieabfällen und Glasfaser.

Ein junges Akademikerpaar aus den USA druckt essbare Dekorationen aus Zucker und Mediziner haben es geschafft, einzelne kleine Organe und Gefäße auf Basis von körpereigenen Zellen zu drucken. Das Verfahren dahinter beruht nicht, wie man vielleicht vermutet auf Mitose (natürliche Zellteilung), sondern ist dem des gewöhnlichen 3D-Drucks sehr ähnlich.

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3D-Print wirkt für viele sehr neu und innovativ, tatsächlich ist diese Technologie bereits seit 1983 bekannt. 1986 wurde das erste Patent auf einen 3D-Drucker von Chuck Hull, einem Erfinder aus den USA angemeldet. Seitdem war 3D-Druck auch in vielen Bereichen präsent, teilweise auch nach außen hin, wirklich viel Aufmerksamkeit bekam diese geniale Technologie jedoch nicht. Dabei sind bestimmte Produkte in ihrer jetzigen Form ohne 3D-Druck gar nicht möglich.

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Der Shop bietet all das, was das Herz eines enthusiastischen 3D-Druck Fans begehrt...

3dprints.de

Abgesehen von den Industrien finden auch immer mehr 3D-Drucker den Weg in private Haushalte. Da ein guter 3D-Drucker nicht immer günstig ist, spielt das Internet eine sehr wichtige Rolle für die innovationsbringende Technologie 3D-Druck. Damit die vielleicht schon fertig designte Idee eines klugen Köpfchens nicht an dessen begrenzten finanziellen Mitteln scheitert, gibt es Websites, auf denen man sich als Besitzer eines 3D-Druckers eintragen kann. Die Tüftler können sich dann mit diesen kurzschließen und bei ihnen für einen individuell vereinbarten Preis ihre Idee drucken.

Dies ist ein Gewinn auf beiden Seiten. Der Tüftler kann seine Idee ohne weitere Probleme verwirklichen und der Besitzer des 3D-Druckers kann diesen langfristig als Kapitalanlage nutzen. Für den Fall, dass sich in der Nähe des Tüftlers kein privater 3D-Drucker befindet und auch kein Baumarkt oder Warenhaus in der Nähe über einen öffentlich zugänglichen 3D-Drucker verfügt, gibt es größere Firmen, bei denen man über die Website die eigene CAD-erstellte Datei hochladen kann. Diese wird dann von der Firma gedruckt und liegt bereits nach wenigen Tagen im Briefkasten des Kunden.

Ein kurzes Zwischenfazit für die aktuelle Situation: 3D-Druck ist allgegenwärtig.

Für 3D-Druck gibt es vielfältige Möglichkeiten, z.B. in der Medizin

Über die Zukunft von 3D-Druck lässt sich natürlich nur spekulieren, jedoch sieht es allgemein danach aus, dass wir gerade am Anfang eines Booms der kleinen Wunderwerke stehen. Die Entwicklung in den letzten Jahren war rasant und so wird es vermutlich weitergehen. Bereits heute spielen 3D-Drucker in der Medizin eine wachsende Rolle, da sie extrem günstige individuelle Prothesen entwickeln können. Diese ersetzen nicht nur fehlende Gliedmaßen, sondern auch ganze Knochen oder Knochenfragmente. Einem Unfallopfer konnten mithilfe von 3D-Druck die gesichtsbildenden Knochen wiederhergestellt werden. Wissenschaftler sehen eine grandiose Entwicklung in der Medizin voraus, in einigen Jahren soll es schon möglich sein, komplexe Organe wie Herz oder Leber aus Zellen des Kranken zu drucken.

Aber auch in der Industrie werden 3D-Drucker immer präsenter. Es dauert vermutlich nicht mehr lange, bis große Unternehmen mit 3D-Druck ihre Gewinne maximieren, während sie Umweltverschmutzung und Müllproduktion minimieren.

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Wie genau sich die Technologie in der Zukunft entwickelt, hängt davon ab, was die Konsumenten sich wünschen. Es wird vermutlich darauf hinauslaufen, dass Produktinnovationen (neue Produkte bzw. weiterentwickelte Produkte) und Prozessinnovation (Verbesserung der Herstellung von Produkten) gleichermaßen Beachtung finden.

Diese Seiten sollten Sie ebenfalls besuchen

Der Einstieg in die Welt des 3D-Drucks beginnt mit dem Sammeln von Informationen. In der folgenden Liste finden Sie eine Reihe von Blogs, bei denen Sie sich umfassend informieren können.

 Domain Sprache  Aktualisierungsintervall
http://3druck.com/kategorie/blog/ Deutsch 2-3x pro Woche
http://blog.igo3d.com/ Deutsch 2x pro Woche
http://www.3drucken.ch/ Deutsch 1-2x pro Woche
https://www.germanreprap.com/de/ Deutsch 2-4x pro Monat
http://3dprintingblog.wordpress.com/ Deutsch 2x pro Monat
http://3dprintingindustry.com/ Englisch 5-15x pro Tag
http://www.3ders.org/ Englisch 5x pro Tag
http://www.fabbaloo.com/ Englisch 3x pro Tag
http://www.3dprinter.net/ Englisch 1x pro Tag
http://talesofa3dprinter.blogspot.de Englisch 1x pro Woche

 

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