3D Digitaldruck - Spielzeug oder Zukunftstechnologie?

1. Wird der 3D-Druck die Welt verändern?

Handelt es sich um eine Technologie, die auch für Digitaldruck-Dienstleister wie Labelprint24 im B2B- oder B2C-Bereich interessant ist oder eher um eine teure Spielerei, um lustige Selfies und bunte Figürchen zu drucken? Wir geben in diesem Beitrag einen etwas umfangereicheren Ausblick in die mögliche Zukunft der Drucktechnik und sind natürlich gespannt auf eure eigene Meinung und Erfahrungen.

Schokolade, die süße Verführung mal anders…

Vorab ein „süßes“ Beispiel: Auf der Ende Januar zu Ende gegangenen Technikmesse CES in Las Vegas hat das Unternehmen 3D Systems seinen Schokoladendrucker „CocoJet“ vorgestellt.

Der neue 3D-Drucker wurde von 3D-Systems und dem weltweit bekannten Süßigkeitenhersteller Hershey’s entwickelt und produziert. Verarbeitet werden dunkle, helle sowie weiße Schokolade. Ein kleines Video illustriert die Arbeitsweise des Druckers: Die Praline aus dem Drucker, ein künstlich hergestelltes Steak aus Biotinte als Fleischersatz, das Fertighaus, welches vor Ort gedruckt wird, Turbinenflügel für ein Flugzeug, sogar das 3D-Modell eines Fötus anhand von Ultraschallbildern kann man demnächst ausdrucken. Was für viele nach Science-Fiction klingt, ist längst auf dem Weg in die Realität.

2. Was heute schon geht – 3D-Druck im Einsatz

Ein heute bereits gut funktionierendes Einsatzszenario ist die Individualisierung von Massenartikeln, etwa von Handys. Getreu dem Motto „Pimp your phone“ hat Nokia im Januar 2013 eine 3D-Vorlage der hinteren Gehäuseschale des Lumia 820 veröffentlicht. User können sich die STL-Datei herunterladen, an ihre eigenen Designvorstellungen anpassen und dann auf einem 3D-Printer ausdrucken. Einige Druckdienstleister bieten auf ihrer Webseite den 3D-Druck von kleinen Selfies-Püppchen an, die bereits ab 100 Euro aufwärts zu bekommen sind.

Hype oder Revolution?

Die Technologie- und Zukunftsforscher von Gartner Inc. zählen den 3D-Druck zu den wichtigsten zehn Technologien, die die Wirtschaftswelt revolutionär verändern werden. In fünf bis zehn Jahren sollen 3D-Drucker im Massenmarkt angekommen sein. Spätestens dann, wenn die großen Druckerhersteller wie HP, EPSON oder Canon preiswerte Modelle für Jedermann anbieten können. Wissenschaftler wagen die Prognose, dass 3D-Printing die Arbeitsteilung in einer globalisierten Wirtschaft fundamental verändern und das heutige Transportwesen komplett auf den Kopf stellen könnte. Schließlich könnten Produkte künftig direkt vor Ort nahe beim Endverbraucher kostengünstig gedruckt werden, statt sie über weite Wege anliefern zu müssen.

3. Eine „alte Technologie“ im Aufschwung

Doch warum beflügelt gerade der 3D-Druck so die Phantasie? Schließlich handelt es sich um eine Technologie, die bereits seit den 80er Jahren bekannt ist. Eine Antwort auf diese Frage ist, dass wichtige Patente zum 3D-Druck mittlerweile frei sind, was eine kostengünstige Entwicklung erlaubt. Dies spiegelt sich auch bei den Gerätepreisen wieder. Waren früher 3D-Drucker nur im fünf- bis sechsstelligen Euro-Bereich zu finden, so sind jetzt am Markt bereits Modelle für deutlich unter 1000 Euro erhältlich. Jedoch sollte nicht vergessen werden, dass die günstigen 3D-Drucker meist nach dem Schmelzverfahren drucken. Basismaterial ist verflüssigter Kunststoff. Für Drucker, die etwa mit Metall oder Keramik drucken, ist noch immer mit Preisen zu kalkulieren, die von mehreren zehntausend Euro bis in den sechsstelligen Bereich reichen. Eine andere Ursache für den Hype um das 3D-Printing dürfte in der allgemeinen IT- und Internet-Entwicklung zu finden sein. Für das Berechnen von 3D-Objekten sind heute keine teuren Workstations mehr erforderlich. Auch das Internet trägt zum Erfolg des 3D-Drucks bei, wenn etwa Communities die Druckdaten fertiger Modelle im Netz austauschen können. Die Fortschritte beim Bau elektrischer Schrittmotoren dürften ebenfalls zum Erfolg der 3D-Printer beigetragen haben. Diese Motoren bewegen den Druckkopf auf der x- sowie y-Achse und verschieben den Drucktisch auf der z-Achse. Auf diese Weise sind mit der heutigen Motorengeneration im unteren Preisbereich Schichtdicken von bis zu 0,1 Millimetern zu realisieren.

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4. Eine Vielzahl von Anwendungsgebieten und Druckmaterialien

Die Zahl der Anwendungen, wo 3D-Drucker künftig eingesetzt werden könnten, ließe sich noch beliebig verlängern. Seit unterschiedlichste Materialien wie pulverförmige Metalle (Eisen, Gold, Kupfer, Titan etc.), Kunststoffe (ABS, Harze etc,), Sand, Gips, Keramik, Holz, Lebensmittel oder Zellkulturen gedruckt werden können, scheinen der Phantasie keine Grenzen mehr gesetzt. Vor allem im medizinischen, dentalen und wissenschaftlichen Prototypenbau lässt der 3D-Druck auf eine technologische Revolution hoffen. Selbst billige Einstiegsdrucker eignen sich dazu, Kleinserien von Teilen zu produzieren. Oder sie werden zur Produktion von Gussformen verwendet, für die ein Formenbauer schnell 10.000 Euro in Rechnung stellt. Anwendungsgebiete sieht etwa IBM im Modellbau, besonders bei technischen und architektonischen Modellen, Kleinserien von Gerätekomponenten wie Gelenken oder Getrieben, aber auch für Einsatzbereiche in der Kunst oder Medizin. Ebenso könnten Prototypen schnell und kostengünstig erstellt werden. Je kleiner und komplizierter das zu erstellende Objekt ist, desto effizienter könnte der Einsatz von 3D-Druckverfahren werden.

5. Ausblick in die Zukunft

Neue Verfahrensweisen werden den Ablauf in Bereichen der Industrie, Medizin, Architektur und Wissenschaft vereinfachen und neue Möglichkeiten aufzeigen. Auch die Heimanwendung wird an Bedeutung gewinnen. Objekte des alltäglichen Gebrauchs wird man per Knopfdruck erstellen und die so gefertigten Teile genau an die eigenen Wünsche anpassen können. Doch derzeit sind noch einige Fragen ungeklärt: Vor allem das Juristische ist bei all den Möglichkeiten, die die 3D-Druck-Technologie bietet, ein Problem. So gibt es Diskussion zu den Themen Urheberrecht und Tausch von Objekten (bzw. deren Bauplänen) über diverse Plattformen. Um diese Utopie Wirklichkeit werden zu lassen, ist aber noch einiges mehr notwendig. Obwohl die Verfahren und die damit verbundenen Möglichkeiten mehr in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt sind, ist es noch ein weites Stück bis zur Massenanwendung.

6. Die verschiedenen 3D-Druckverfahren

Mittlerweile existieren diverse Verfahren, mit denen 3D-Drucker arbeiten. Sieht man einmal von Sonderfällen wie dem Druck von Zellkulturen oder chemischen Verfahren (etwa Druck von Tiefkühlpizzas) ab, kommt oft eine Kombination von verschiedenen Druckverfahren zum Einsatz. Im Wesentlichen lassen sich diese Verfahren auf folgende Grundmethoden reduzieren:

Beim Schmelzverfahren wird ein Feststoff (meist Kunststoff) in der Druckdüse (Extruder) per Hitze verflüssigt und schichtweise aufgetragen. Je nach verwendetem Extruder ist auch der Druck mit Ton, Schokolade, Teig, geharztem Holzmehl, ABS, Nylon oder wasserlöslichem PVA möglich. Auf dem Schmelzverfahren basieren die meisten Einstiegsdrucker, die man bereits in Elektronikmärkten oder im Internet für weniger als 600 Euro kaufen kann.

Beim Sinter-Verfahren wird das Druckmaterial in Pulverform aufgebracht. Mittels Laser wird es verklebt oder direkt verschmolzen. Das SLM-Verfahren hat den Nachteil, dass es aufgrund der hohen Hitze zu Ungenauigkeiten kommen kann, wenn geschmolzenes Material tropft. Dank der Pulverform können unterschiedliche Metalle, auch Legierungen, gedruckt werden. Diese Drucker sind noch immer sehr teuer.

Werden flüssige Kunststoffe in ein Bassin gefüllt und mit Licht ausgehärtet, nennt man dieses Verfahren Stereolithografie. Das Modell entsteht schichtweise, indem der Kunststoff per Laser oder DLP-Projektor belichtet und damit der Aushärtungsprozess in Gang gesetzt wird. Allerdings sind die so gedruckten Objekte nicht sonderlich belastbar.

Foto: Das Fab Lab House wurde zum Großteil aus digital erzeugten Einzelteilen hergestellt. Dabei kamen auch 3D Drucker zum Einsatz. © Fab Lab House / Photo by Adrià Goula.