3D-Drucken

Enthusiastisch wird 3D-Druck in den Medien als Teil einer neuen industriellen Revolution beschrieben. Gern wird diese Zukunftstechnologie mit der industriellen Revolution des ausgehenden 18. Jahrhunderts verglichen, bei welcher sich Wirtschaft und Gesellschaft durch die Möglichkeit der Massenproduktion von Produkten grundlegend veränderten. 3D-Druck könnte dazu beitragen, eine neue industrielle Revolution einzuleiten: Dadurch, dass die Massenproduktion individualisiert wird.

Mit früher nicht gegebenen Möglichkeiten ausgestattet, könnten Einzelpersonen mit guten Ideen in der Zukunft sogar großen Unternehmen zur ernsthaften Konkurrenz werden. Jeder kann den Zeitpunkt, zu welchem er sein 3D-gedrucktes Produkt anbietet, die Qualität sowie den Preis selbst bestimmen. Das wird durch die Vernetzung im Internet, Online-Plattformen und soziale Netzwerke immer einfacher. Open Source, Crowdsourcing, Crowdfunding – das heißt alles, was zum Machen, Produzieren, Austauschen und Verkaufen nützlich ist – tragen dazu bei, dass Individuen als Erfinder und zugleich Hersteller erfolgreich werden können.

3D-Druck ist ein Fertigungsverfahren zur schnellen und – im Verhältnis zu vielen anderen Verfahren – preisgünstigen Herstellung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. Grundlage für den Druck sind 3D-CAD-Modelle. 3D-Druck wird als generatives Fertigungsverfahren bezeichnet. Das bedeutet, dass die Fertigung direkt auf der Basis der rechnerinternen Datenmodelle erfolgt. Oft ist auch von Rapid Prototyping oder Additive Manufacturing die Rede, wenn es um 3D-Druck geht. Viele Herstellungsverfahren, beispielsweise das Fräsen, entfernen Material beim Bau des Objekts. Sie sind deshalb subtraktive Herstellungsverfahren. Beim 3D-Druck wird nicht aus dem Material entfernt, was nicht zum Bauteil gehört. Genau umgekehrt wird das Stück aus vorher flüssigem oder pulverartigem Material im Schichtbauverfahren aufgebaut. Damit ist 3D-Druck ein additives Herstellungsverfahren. Daher erklärt sich auch die oft verwendete englische Bezeichnung Additive Manufacturing – Additive Fertigung – für die Technologie: Beim 3D-Druck wird additiv hergestellt. Das heißt, Schicht für Schicht wird Material zu einem Objekt aufgebaut. In diesem Kapitel wird an einem Beispiel das Verfahren erläutert, wie ein 3D-Bauteil entsteht – und was dabei zu beachten ist, damit es in optimaler Qualität gedruckt wird.

Ob es sich bei der seit Ende der 1980er Jahre bekannten Technologie des schichtweisen Aufbaus von Bauteilen um 3D-Druck oder Rapid Prototyping handelt, wird immer wieder diskutiert. Gibt es einen Unterschied zwischen 3D-Druck und Rapid Prototyping?

Es gibt sehr viele verschiedene Verfahren, die alle unter 3D-Druck, oft auch unter Additive Manufacturing, generativer Fertigung oder Rapid Prototyping zusammengefasst werden. 3D-Druck scheint der Begriff zu sein, der sich in der Öffentlichkeit mehr und mehr durchsetzt, obwohl er recht umgangssprachlich und nicht für alle der schichtweise aufbauenden Verfahren ganz korrekt ist. Um nicht ständig die Bezeichnung zu wechseln, bleibe ich hier jedoch bei dem Begriff 3-Druck. Sie werden vielleicht überrascht sein, wie viele unterschiedliche Verfahren es gibt, die gemeint sind, wenn von 3D-Druck die Rede ist. Letztlich arbeiten diese jedoch alle nach dem gleichen Grundprinzip: Ein Objekt wird Schicht für Schicht aufgebaut. In diesem Kapitel stelle ich Ihnen eine Übersicht der verschiedenen 3D-Druck-Technologien vor.

Wer nicht fertige 3D-Modelle kauft – was immer leichter möglich wird – muss diese selbst konstruieren. Gern mit einer 3D-Software, die nicht allzu teuer ist oder nach Möglichkeit vielleicht sogar überhaupt nichts kostet. Ich stelle in diesem Kapitel einige vor, die kostenlos sind. Allerdings habe ich sie nicht alle selbst ausprobiert. Ich führe auch noch kostenpflichtige Software auf. Wenn Sie sich zum ersten Mal mit dem Konstruieren beschäftigen, ist es sicher gut, am Anfang auf eine kostenlose 3D-CAD-Software zurückzugreifen. So können Sie feststellen, ob Sie überhaupt Freude am Konstruieren haben – und müssen im Vorfeld zum Üben erst einmal Ihre Zeit, aber kein Geld investieren.

Mehr und mehr Anwender finden Freude daran, mit 3D-Druck selbst zu produzieren. Durch die Möglichkeit, etwas zu drucken, was man gerade braucht oder als Design-Objekt geschaffen hat, werden neue Ideen im wörtlichen Sinn in Form gebracht. Auch der Austausch mit anderen, die ihre 3D-Modelle auf Open-Source-Plattformen wie zum Beispiel Thingiverse teilen, motiviert zur weiteren Entwicklung und neuen Einfällen.

Sobald Sie Spaß daran entwickelt haben, Ihre eigenen Modelle zu konstruieren, möchten Sie Ihre verwirklichten Ideen vielleicht auch anderen zugänglich machen. In diesem Kapitel gebe ich Ihnen einige Tipps dazu, wie Sie Ihre selbst entwickelten 3D-Modelle in einem Online-Shop zum Verkauf anbieten können.

Eine wachsende Anzahl von Messen beschäftigt sich mit 3D-Druck. In diesem Kapitel beschreibe ich die beiden am ausführlichsten, welche zum einen in Deutschland sind und zum anderen hier die längste Tradition haben: die EuroMold und die Rapid.Tech. Wenn Sie darüber nachdenken, sich einen eigenen 3D-Drucker zu kaufen oder die Maschinen in allen möglichen Größenmit allen denkbaren 3D-Druck- Technologien einmal „live“ bei der Arbeit zu sehen, sollten Sie auf jeden Fall eine dieser beiden Messen besuchen. Ich möchte jedoch auch die jungen Veranstaltungen, deren Zielgruppen Privatanwender sind, nicht vernachlässigen. So zum Beispiel die FabCon oder die MakeMunich. Und nicht zuletzt der Blick über den Tellerrand: Auch im Ausland gibt es zahlreiche Messen zu 3D-Druck. Ich nenne Ihnen hier nur zwei Beispiele als Tipps. Sicher ist, dass es jetzt schon viel mehr gibt und noch viele neue folgen werden.

Bei der gegenwärtigen großen Aufmerksamkeit, die 3D-Druck genießt, denken einige von Ihnen vielleicht darüber nach, sich ihren eigenen 3D-Drucker für zu Hause zu kaufen. Es liegt sicher für manche im Rahmen des Vorstellbaren, 500 bis 2000 EUR zu investieren, um eine eigene kleine Maschine für sich produzieren zu lassen. Oder ist es doch sinnvoller, auf einen 3D-Druck-Dienstleister zurückzugreifen? In diesem Kapitel erörtere ich dazu das Für und Wider.

Bei der extrem schnellen Entwicklung auf dem Markt wäre es sehr voreilig, die eine oder andere 3D-Drucker-Marke zu empfehlen. Am wichtigsten ist es, dass Sie sich zuerst darüber im Klaren werden, wofür Sie den 3D-Drucker brauchen und welches Leistungsspektrum Sie sich wünschen. Soll es ein Open-Source-3D-Drucker im Rahmen von 500 bis maximal 5000 EUR sein? Oder doch vielleicht eine Profi-Anlage, die deutlich über diesem Preis liegt? Bürotaugliche Profi-Anlagen können Sie ab 10.000 EUR bekommen.Nach oben sind keine Grenzen gesetzt, aber es bleibt zu überlegen, ob sich eine hohe Investition vom Kosten-Nutzen-Aufwand für ein kleines oder mittleres Unternehmen lohnt.Mit einer „bürotauglichen“ 3D-Druck-Anlage meine ich eine Maschine, die auf einem größeren Schreibtisch Platz finden kann und so produziert, dass keine aufwendigen Arbeitsschutzmaßnahmen erforderlich werden. Ob Sie in dem Raum, in welchem der 3D-Drucker druckt, arbeiten können oder möchten, hängt von der jeweiligen Maschine ab. Die meisten Menschen arbeiten auch nicht gern in einem Raum, in welchem den ganzen Tag ein Fotokopierer läuft. Als „bürotauglich“ bezeichne ich deshalb die 3D-Drucker, von denen keine größere Geräusch- und Geruchsbelästigung ausgeht als von einem herkömmlichen Fotokopierer.

Jeder kennt mittlerweile zweidimensionales Scannen. In vielen Privathaushalten steht ein Scanner auf dem Schreibtisch oder ist direkt schon in den Drucker integriert. Beim zweidimensionalen Scannen wird die Textur von Gegenständen digital erfasst – jedoch nur auf einer Ebene. Die Helligkeit der Bildpunkte wird sowohl in einem horizontalen als auch in einem vertikalen Raster aufgenommen. Damit enthält das fertige Bild Pixel ohne eine Tiefeninformation. Legte man ein dreidimensionales Teil auf einen 2D-Scanner, so würden beim Einscannen die weiter entfernten Bereiche zumeist nur unscharf erfasst. Dieses Kapitel geht darauf ein, wie 3D-Scannen funktioniert. Außerdem wird an einigen Beispielen aus der Industrie und der Kultur aufgezeigt, dass die Technologie inzwischen unverzichtbar geworden ist. Besonders ausführlich möchte ich jedoch darauf eingehen und erläutern, was Sie als Privatanwender jetzt schon mit 3D-Scannen anfangen können und wie es sich sehr schnell weiterentwickeln wird.

In vielen Bereichen ist 3D-Druck mittlerweile so selbstverständlich, als habe es die Technologie schon immer gegeben. Allen voran in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik. In der Architektur und im Design ist 3D-Druck heute Standard. Neben Schmuck werden sogar schon hochwertige Uhrengehäuse gedruckt, zum Beispiel aus Titan. Um auf alle Bereiche, in denen 3D-Druck inzwischen verwendet wird, ausführlich einzugehen, wäre es notwendig, ein Buch zu schreiben, das sich ausschließlich damit beschäftigt. Deshalb greife ich für dieses Kapitel nur drei Bereiche heraus, die mir interessant erscheinen: die Möbel-Industrie, die Medizintechnik und den Bereich Lehre und Forschung.

Beim 3D-Druck wird derzeit sehr häufig mit thermoplastischen Kunststoffen und kunststoffähnlichen Harzen gedruckt. Deshalb entstehen zuweilen starke Bedenken: Dass 3D-Druck eine umweltfeindliche Technologie sein könnte, deren Abfallprodukte unsere Umwelt noch auf unabsehbare Zeit belasten werden und praktisch nicht zu recyceln sind. Wenn es in Zukunft so wäre, dass in großer Menge 3D-gedruckt und anschließend die nicht mehr benötigten Objekte weggeworfen würden, wäre das tatsächlich ein Grund zur Sorge. In diesem Kapitel möchte ich anhand von einigen Beispielen belegen, dass 3D-Druck eine nachhaltige Technologie sein kann. Zum einen durch recycelbare und nachwachsende Werkstoffe, zum anderen als ein Gewicht, Ausschuss und Transportwege reduzierendes Herstellungsverfahren. Da der 3D-Drucker nur das für das Objekt benötigte Material verarbeitet, gibt es beim Drucken nahezu keinen Abfall. Beim 3D-Druck-Verfahren wird kein hochwertiges Material zerspant und dadurch zu Produktionsabfall. Es sind keine Formen und fast keine Hilfsstoffe notwendig. So wird die Produktion von Bauteilen durch den geringeren Rohstoffverbrauch nicht nur ökologischer, sondern auch preisgünstiger. Zum Abschluss des Kapitels präsentiere ich eine Zukunftsvision, an deren Umsetzung schon gearbeitet wird: Wenn 3D-gedrucktes Fleisch produziert würde, könnte das in hohem Umfang Ressourcen schonen.

Wie wird die Zukunft des 3D-Drucks sein? Werden wir alle uns unsere Turnschuhe selbst drucken? Wird es jedem möglich sein, mit einem eigenen 3D-Drucker zu Hause funktionsfähige Waffen auszudrucken? Und wird damit 3D-Druck zu einer Gefahr statt einem Nutzen für die Menschheit? Was werden die nächsten großen Meilensteine in der 3D-Druck-Technologie sein? Mit dem Kenntnisstand von heute lassen sich nur Meinungen und Prognosen zu den Chancen und Risiken äußern. Dieses letzte Kapitel soll das tun – und außerdem einen Ausblick darauf geben, was in der Zukunft noch möglich werden wird.