Grundlagenartikel zum 3D-Druck: Von der Geschichte des 3D-Drucks bis zur Zukunft

Der Begriff 3D-Druck taucht immer öfter in der deutschen Medienlandschaft auf. Einige Experten sehen im 3D-Druck sogar die Zukunft für Bereiche wie die Medizin oder die Endteilfertigung. Der 3D-Druck ist zwar eine nicht mehr ganz junge Technologie, besitzt jedoch schier endloses Entwicklungspotenzial. Regelmäßig erreichen uns neue Meldungen darüber, dass Wissenschaftlern mithilfe des 3D-Drucks Durchbrüche auf verschiedenen Gebieten gelungen wären. Für die meisten Menschen ist dieser Technologiebereich ähnlich mysteriös und unbekannt, wie ein No Deposit Casino Bonus. Wir möchten, dass sich das ändert und auch Sie beim Thema mitreden können.

In diesem Artikel erklären wir Ihnen in einfach verständlichen Worten, was es mit dem Thema 3D-Druck auf sich hat. Zunächst werfen wir einen Blick zurück in die Geschichte der Erfindung dieses Druckverfahrens, bevor wir Ihnen erläutern, wie der Druckprozess abläuft. Darüber hinaus ist es interessant, einen Blick auf die industriellen Bereiche zu werfen, wo 3D-Drucker bereits im Einsatz sind. Außerdem wagen wir einen Blick in die Zukunft und versuchen herauszufinden, wie die verschiedenen 3D-Druckverfahren unser Leben und unsere Produktionsketten verbessern kann. Verfügt man über einen eigenen 3D-Drucker, die es mittlerweile bereits ab rund 100 Euro zu kaufen gibt, dann kann man bereits heute selbst zur Tat schreiten und mit dem Drucken von Objekten beginnen.

Der 3D-Druck ist bereits mehr als 50 Jahre alt

Im Jahr 1971 meldete Johannes Gottwald ein Patent für ein Gerät an, das metallähnliches Material aus druckerähnlichen Düsen auf eine wiederverwendbare Oberfläche spritzte. Diese Maschine kann man als Urgroßvater des 3D-Druckers bezeichnen, denn sogar im Wortlaut der Patentanmeldung wurde das Wort „Drucken“ verwendet. Aber mehr noch, auch das Wort „Tinte“ wurde verwendet. Gottwald beschrieb das verwendete Material in seiner Patentanmeldung als heiße schmelzende Substanz. In den 1980er Jahren nahm der 3D-Druck dann so richtig Fahrt auf. Der amerikanische Rüstungskonzern Raytheon ließ sich z. B. seine Methode zur Herstellung von Werkstücken patentieren, die aus hunderttausenden übereinanderliegenden Schichten bestehen.

Nur zwei Jahre später stellte der amerikanische Erfinder Bill Masters eine Maschine der Öffentlichkeit vor, die von einem Computer gesteuert Teile gemäß vorgegebenen Maßen fertigen konnte. Ein Prinzip, nach dem auch die heutigen 3D-Drucker nach wie vor operieren. Bis in die 2000er Jahre wurden lediglich Metalle oder von Metallen abstammende Teile von 3D-Druckern gefertigt. Erst in den Jahren ab 2010 begannen Wissenschaftler damit, die Grenzen des 3D-Druckes zu testen, indem sie die Geräte mit anderen Materialien drucken ließen. Schnell wurden Materialien wie Kunststoffe ausprobiert und mittlerweile gehört sogar Carbon zu den druckbaren Materialien. Gleichzeitig wurden die Drucker selbst immer kleiner und damit erschwinglicher. Einfache moderne 3D-Drucker können für wenige Hundert Euro gekauft und in Garagen oder sogar Wohnzimmern aufgestellt werden.

Wie funktioniert der Druckprozess eines 3D-Druckers?

Im Grunde genommen werden die Gegenstände eines 3D-Druckers mit genau der gleichen Vorgehensweise gedruckt, wie ein Text oder Foto. Wenn Sie etwa einen Brief in einem Word-Dokument aufsetzen und diesen anschließend ausdrucken, dann führen die Nadeln Ihres Druckers lediglich die Befehle Ihres Computers bzw. der Datei aus. Der einzige Unterschied zwischen dem 2D- und dem 3D-Druck besteht darin, dass der 3D-Drucker eben im dreidimensionalen Raum also auch vertikal drucken kann. Die Druckvorgänge sind tatsächlich genau gleich, denn wie beim Drucken des Briefes, welcher mit einem Programm wie Word zunächst einmal verfasst werden muss, muss auch beim 3D-Drucken zunächst einmal ein Modell des zu druckenden Gegenstandes erstellt werden.

Dieser „Design“ genannte Vorgang kann mit einer der zahlreichen 3D-CAD-Software-Lösungen vorgenommen werden oder alternativ dazu können auch bereits fertig designte Objekte auf öffentlich zugänglichen Webseiten heruntergeladen werden. Gibt man nun den Befehl des Druckens, dann kommt in den meisten Fällen das sogenannte additive Verfahren zum Einsatz. Bei diesem Verfahren wird das Druckmaterial Schicht für Schicht übereinander lagernd aufgetragen. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass auch komplexere Teile zügig gefertigt werden können und Drucker, die auf solche Weise drucken, zudem ziemlich preiswert sind.

3D-Drucker sind bereits in zahlreichen Fertigungsprozessen im Einsatz

Der hervorragende technologische Fortschritt, der bei den Druckmaterialien in den vergangenen Jahren erzielt werden konnte, hat ganze Unternehmensbereiche auf den Kopf gestellt. Es ist in erster Linie die Produktfertigung, die enorm vom Potenzial des 3D-Druckes profitiert. Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist beispielsweise ein Vorreiter beim Einsatz von 3D-Druckern. Die amerikanischen Triebwerkhersteller Pratt & Whitney sowie General Electric verbauen bereits seit vielen Jahren gedruckte Teile, aber auch in der aktuellen Baureihe von Airbus befinden sich je nach Modell 1.000 oder mehr gedruckte Teile. Bei diesen handelt es sich jedoch nicht um sogenannte sicherheitsrelevante Teile wie etwa Tragflächen oder Rümpfe.

Aber auch die Automobilindustrie sowie deren Zulieferer haben diese Technologie für sich entdeckt. Gerade bei der Fertigung von Ersatzteilen hat sich der Drucker als kostensparendes und zuverlässig produzierendes Utensil bewiesen. Bauteile werden hierbei gescannt und digital gespeichert, sodass diese jederzeit per Tastendruck ausgedruckt werden können. Den enormen Vorteil der Gewichtsreduktion der gedruckten Teile gegenüber auf klassischem Wege produzierten Teilen wird beim Schiffsbau genutzt. Mittlerweile interessieren sich auch Künstler für die Geräte, Skulpturen oder Gemälde werden hierbei zunächst per PC erstellt und anschließend einfach ausgedruckt.

Die Zukunft des 3D-Drucks

Israelische Forscher haben die Welt einen Moment lang die Sorgen um das Coronavirus vergessen lassen, als sie im Juli 2020 von einem 3D-Drucker ausgedrucktes Fleisch verzehrten. Etwas Derartiges hätte wohl niemand von uns zu träumen gewagt. Dieses Beispiel allein verdeutlicht uns, welch riesiges Potenzial die Technologie besitzt. Unsere Kategorie „Zukunft und Visionen – Visionäre 3D-Druckprojekte“ enthält noch zahlreiche weiterer Beispiele für Zukunftsprojekte mit Bezug auf den 3D-Druck. Beispiele

Einige Wissenschaftler arbeiten bereits daran, die Technologie großflächig einzusetzen. In riesigen Druckereien könnte man Waren an Ort und Stelle einfach ausdrucken, statt diese an einem Ort produzieren und dann zum Empfänger transportieren zu müssen. Dank Internet und insbesondere dem neu entwickelten 5G-Netz könnte man auf diese Art und Weise gigantische Mengen an CO₂ sparen.

Ein weiterer großer Profiteur ist der gesamte medizinische Bereich. Wissenschaftler sind bereits auf der Suche nach der Herstellung von druckbaren Materialien, die dem menschlichen Gewebe insoweit ähneln, dass man Organe, Körperteile oder Knorpelmasse einfach ausdrucken und operativ verpflanzen kann. Einige Visionäre denken sogar in noch größeren Maßstäben und haben im 3D-Drucker die Lösung für die überall grassierende Wohnungsnot ausgemacht. Ähnlich wie bei Fertighäusern sollen Mauern, Wände sowie das Dach mit einem mobilen 3D-Drucker ausgedruckt und dann an Ort und Stelle das fertige Wohnhaus aufgebaut werden.