3D-Drucken für Einsteiger - Ohne Frust 3D-Drucker selbst nutzen

Kapitel

Wo finden 3D-Drucker Anwendung?

–Auf der Suche nach Anwendungen ...

–Neue Impulse Dank neuer Verfahren!

–Plattenbau im Spritzguss?

–Organe und Prothesen drucken

–Die Verlockungen der dunklen Seite

–3D-Druck in Forschung und Technik

–3D-Druck als Medium der Kunst

–3D-Druck und Lebensmittel

Die schöne neue Welt der Replikatoren

Die Wahrscheinlichkeit, dass der geneigte Leser dieser Zeilen ab und an auch einmal eine Folge Star Trek gesehen hat, ist recht hoch. Der aus dieser Fernsehserie bekannte Replikator ist die ins Fantastische übersteigerte Version eines 3D-Druckers. Auf ein gesprochenes Kommando hin erzeugt das Gerät vom Heißgetränk bis zu komplizierten technischen Gerätschaften alles, was das Herz begehrt. Das ist eindeutig noch Science-Fiction! Aber mit dem Eintritt in das Zeitalter des 3D-Drucks sind auch solche Zukunftsvisionen ein kleines Stück näher gerückt.

Die Grundlagen, auf denen die heute verfügbaren 3D-Drucktechnologien basieren, sind erst wenige Jahre alt. Als jedoch die Idee geboren und eine anfängliche Phase der Verinnerlichung verstrichen war, gab es kein Halten mehr, und zwischen demmehrere Millionen Euro teuren, raumfüllenden Gerätund demdesktopkompatiblen 3D-Drucker lagen nur wenige Jahre. Tatsächlich ist es heute so, dass es 3D-Drucker schon inPreissegmenten ab 300 Euroaufwärts gibt und die Technologie damit tatsächlich in jedermanns Arbeitszimmer angekommen ist.

Mit der Rasanz, mit der sich die Technologie weiterentwickelt hat, haben sich auch die Ideen und Anwendungsbereiche, in denen 3D-Druck heute genutzt wird, vervielfacht. Das, was zur Zeit seiner Erfindung noch eher als ein Spielzeug angesehen wurde, hat heute in viele Branchen Einzug gehalten. Wem das bekannt vorkommt, der erinnert sich sicher nochan die Zeit der ersten PCs zurück: Wie wurden die Anwender dieser Geräte doch von den Systemadministratoren großer Rechenzentren belächelt!Oder die ersten DTP-Systeme – auch sie wurden zunächst als Spielzeug angesehen und revolutionierten wenig später die ganze Branche. Ganz ähnlich verhältes sich mit dem 3D-Drucken, das zuerst belächelt wurde und jetzt bestaunt wird.

Einsatzgebiete von 3D-Druckern

Bereits heute ist die Technologie in vielen Bereichen schon soweit fortgeschritten, dass sie zum Beispiel zur Herstellung von kleineren bis mittleren Kunststoffteilen in Serie verwendet werden kann. Die Möglichkeit, spontan Ideen umzusetzen und kurz darauf Muster in der Hand zu halten, die praxistauglich sind, spart viel Geld und Zeit. Eine kleine Anekdote zu diesem Thema: Ein Fahrzeughersteller hatte ein neues Automobil entworfen, und die Entwicklung war in einem weit vorgerückten Stadium. Das Fahrzeug war als Blaupause und als Prototyp komplett. Aber da der Teufel ja bekanntlich im Detail steckt, verursachte das Belüftungssystem während des Betriebs ein unangenehmes Pfeifgeräusch. Die Wurzel des Übels war schnell lokalisiert und das Teil, das für die Geräuschentwicklung verantwortlich war, auf dem Reißbrett bzw. im Computer schnell neu designt. Hätte man nun dieses neue Teil auf die traditionelle Art und Weise als Prototyp hergestellt, wären Wochen ins Land gegangen. Bei der althergebrachten Methode hätte man das Teil entweder mittels einer CNC-Fräse aus einer leichten Metalllegierung hergestellt oder es als Modell aus Plastilin geformt und eine Gussform gefertigt, mit der das betreffende Teil hätte abgegossen werden können. Dann hätte es durch Fräsen ausgehöhlt und für den Einsatz fertiggestellt werden müssen. Mittels eines 3D-Druckers, der Modelle aus Keramikpulver und Epoxidharz herstellt, konnte das Teil sozusagen über Nacht gedruckt werden. Bereits einen Tag später waren die Konstrukteure in der Lage, das maßstabsgetreu gedruckte neue Teil einzusetzen und in Betrieb zu nehmen. Damit konnte sichergestellt werden, dass die vorgenommenen Änderungen die unerwünschte Geräuschentwicklung auch wirklich auf ein Minimum reduzierten. Zwischenzeitlich setzt die Automobilindustrie voll und ganz auf den 3D-Druck, und jeder große Hersteller hat seine eigene 3D-Druckabteilung.

Mitunter entwickeln Automobilhersteller auch gleich eigene 3D-Druck- bzw. Prototyping-Technologien, die genau den Bedürfnissen des Unternehmens angepasst sind. So hat zum Beispiel die Firma Ford in Zusammenarbeit mit mehreren Hochschulen und Boeing eine Technologie entwickelt, mit der sich zweidimensional zugeschnittene Blechrohlinge computergesteuert in 3D verformen lassen. Die Technologie wird derzeit für Kleinstserien im Karosseriebau für Fahrzeuge und Flugzeuge eingesetzt. Die Kosten sind überschaubar, jedoch machen die teils happigen Fertigungszeiten der einzelnen Objekte die Technologie zurzeit nur für Prototypen und Kleinstserien interessant. Allerdings zeichnet sich jetzt schon ab, dass dies nicht so bleiben wird und die Ford Freeform Fabrication Technology (kurz F3T) schon bald auch in vielen anderen Bereichen Einzug halten wird.

Neue Impulse dank neuer Verfahren

Wie groß die Impulse sind, die die neue Technologie dem traditions-beladenen Automobilmarkt gibt, mag das Beispiel der Firma Urbee zeigen. Dieses Unternehmen arbeitet mit 3D-Druckern der Firma Stratasys an einem Stadtauto, das mit einem kombinierten Ethanol-Elektro-Motor das grünste Auto der Welt werden soll. Die Karosserie des Fahrzeugs besteht aus einer Stahlrohrkombination und einer Blechwanne als Unterbau. Die eigentliche Verkleidung des Fahrzeugs ist eine Kombination aus vielen einzelnen 3D-gedruckten Elementen, die kombiniert und auf das Stahlrohrchassis aufmontiert werden. Die Vorteile dieser Technik liegen zum einen in der Freiheit der Gestaltung, zum zweiten darin, dass sich so mit relativ einfachen Mitteln eine professionelle Fahrzeugform erzielen lässt, und schließlich im gesparten Gewicht: Denn die gedruckten Karosserieteile sind federleicht und helfen so beim Spritsparen.

Haltbarkeit und geringes Gewicht sind auch wichtige Faktoren für den Fahrradhersteller Trek, der für die Entwicklung neuer Fahrräder jetzt ebenfalls 3D-Drucker einsetzt. Die Intervalle, in denen Prototypen zum Einsatz kommen können, haben sich von mehreren Wochen auf ein bis zwei Tage reduziert. Der verwendete Connex-Multimaterial-3D-Drucker erzeugt passgenaue Teile, die unter realen Bedingungen verwendet werden können.

Auch die Firma EADS hat bereits Erfahrungen mit dieser speziellen Spielart des Fahrzeugbaus gesammelt und ein Fahrrad entwickelt, das unterm Strich um mehr als 50 % leichter ist als eine vergleichbare Aluminiumkonstruktion.

Die in Deutschland ansässige Designmanufaktur Vorwärts hat ebenfalls eine Designstudie vorgelegt, bei der alle Verbindungselemente aus lasergesintertem Stahl bestehen. Der eigentliche Rahmen des Fahrrads besteht aus Carbon und ist entsprechend leicht. Die lasergesinterten Teile sind formoptimiert, sodass mit einem Minimum an Material ein Maximum an Stabilität erreicht wird. Eins jedoch kann man als gesichert annehmen: Das Designerfahrrad VRZ1 wird wohl nie ein Serienprodukt werden.

Plattenbau im Spritzguss?

Blickt man auf die Bauindustrie und ihre Geschichte mit Fertighäusern und Plattenbau, lässt sich unschwer erkennen, dass auch hier das Interesse an einer Möglichkeit, 3D-Drucktechnologien beim Bau einzusetzen, nicht unbeträchtlich ist. Als Designstudien gibt es bereits Pläne für einen plotterartigen Aufbau, der mit einer Art Düse, dem FDM-Verfahren, bei dem Kunststoff durch eine heiße Düse Schicht für Schicht aufgetragen wird, nicht unähnlich, die Grundrisse ganzer Häuser zeichnet. Dabei ist geplant, lediglich die Outlines, also die äußeren Silhouetten der Wände hochzuziehen und dann, wenn jeweils einige Zentimeter dieser Outlines existieren, den von ihnen umschlossenen Bereich mit schnellbindendem Beton zu fluten. Lediglich wenn Öffnungen für Türen oder Fenster benötigt werden, muss in diesem Konzept eine Art Überbrückung eingesetzt werden, auf der die Umrisse dann weitergedruckt werden können. Das Verfahren nennt sich Contour Crafting und hat nicht nur in irdischen Architekten seine Fans gefunden, sondern auch bei der NASA bereits für Aufsehen gesorgt:

Dort wurde spontan die Idee entwickelt, die 3D-Drucktechnologie mit Werkstoffen zu betreiben, wie sie zum Beispiel auf dem Mond angetroffen werden. Dadurch wäre es für eine bemannte Mondmission möglich, Gebäude und andere...