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3D-Druck: Was die Geräte der Zukunft jetzt schon können

Per Knopfdruck ein Hüftgelenk oder ein präzises Modell produzieren? Mit 3D-Druckern geht das jetzt schon und das Verfahren wird in der Medizin, Industrie und Wirtschaft bereits eingesetzt. Was können 3D-Drucker alles produzieren und was bringt die Zukunft?

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Angenommen, man könnte per Knopfdruck Ersatzteile herstellen und zwar für jedes erdenkliche Werkstück, in jeder möglichen Form und aus fast jedem erdenklichen Material. Oder was wäre, wenn man auf diese Weise individuell angepasste Schädelplatten, Zahnkronen oder Hüftgelenke produzieren könnte? Vielleicht können sogar Muskelgewebe oder ganze Körperteile per Knopfdruck entstehen.

Was wie Technologie aus einem Sci-Fi-Streifen klingt, ist in eingeschränktem Maße bereits heute mit sogenannten 3D-Drucker-Anbietern möglich. Teilweise stößt diese aufstrebende Technologie bei einigen der obengenannten Beispiele noch an seine Grenzen. 

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Ein 3D-Drucker hat abgesehen vom Namen mit dem bekannten Geräten aus Büros oder Privathaushalten nicht viel gemeinsam. Somit dient ihm als Vorlage keine Textdatei, sondern eine 3D-Grafik, wie sie beispielsweise mit einer sogenannten CAD-Software erstellt werden kann. Anhand dieser Vorlage wird ein Modell aus schmelzbaren Materialien, Pulver oder aus einer bestimmten Flüssigkeit aufgebaut. Von aufbauen spricht man, weil ein 3D-Druck schichtweise entsteht, wobei die einzelnen Lagen aushärten müssen Deshalb kann ein Werkstück je nach Volumen mehrere Stunden oder Tage in Anspruch nehmen. Allerdings gilt es drei verschiedene Druckverfahren zu unterscheiden.

1. Fused Deposition Modeling (FDM)

Bei diesem Verfahren werden Materialien verarbeitet, die durch Hitze weich und somit formbar werden. Beispiele hierfür sind thermoplastische Kunststoffe wie PLA oder ABS, sowie Modellierwachs oder Schokolade. Das feste Rohmaterial wird dabei gegen den heißen Druckkopf gepresst und tritt als dünner und weicher Faden wieder aus. Diese 3D-Drucker, sind vergleichsweise kostengünstig und finden daher vor allem im Privatgebrauch Anklang.

2. Selective Laser Melting

Mit dieser  Methode werden vor allem härtere Materialien in pulverisierter Form verarbeitet, wie Stahl, Titan oder Polyamid. Das Pulver wird dabei in die gewünschte Form gebracht und durch einen Laserstrahl punktgenau verfestigt. Dadurch, dass man mit dem Laser sehr genau arbeiten kann, sind die entsprechenden Ausdrucke sehr filigran gearbeitet. Diese Drucktechnik findet vor allem in der Industrie Anklang, da man sehr präzise arbeiten und auch härtere Materialen verwenden kann.

3.Stereolithographie

Das Produkt entsteht bei dieser Technik in einem Becken voll flüssigem Kunstharz. Dabei wird das Harz durch einen Laser sowie UV-Licht punktuell erhärtet. Für die weiteren Schichten wird der Füllstand des Beckens minimal erhöht, solange bis ein vollständiger Druck entsteht. Werkstücke lassen sich zwar sehr detailreich gestalten, sind jedoch aufgrund des Werkstoffes eher zerbrechlich. Die Stereolithographie existiert bereits seit den 1980er Jahren und ist damit die älteste 3D-Druck Technik.

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Welches Potential bieten 3D-Drucker?

3D-Druckern werden auch zukünftig weiterhin die Medizin erschließen. Forschern ist es bereits gelungen Unterkiefer, künstliche Hüftgelenke, Zahnkronen und sogar bewegliche Prothesen zu drucken. Mittlerweile ist es rein technisch sogar möglich organisches Gewebe im 3D-Drucker herzustellen, um vielleicht zukünftig Knochen, Haut, Muskulatur und sogar Organe anzufertigen. Allerdings ist es Forschern bisher nicht geglückt eine ausreichende Nährstoffversorgung zu gewährleisten und somit den Druck medizinisch nutzbar zu machen.

Neben der Medizin stößt der 3D-Drucker auch in der Wirtschaft auf großes Interesse. So ist es durch dieses Verfahren möglich, präzise Prototypen herzustellen. Außerdem könnten Hersteller dadurch zukünftig bestimmte Artikel wie Sportschuhe individueller auf den Kunden anpassen. Internationale Firmen wie Adidas oder Microsoft arbeiten bereits jetzt mit 3D-Druck. Und der Bau-Bereich stellt mithilfe von 3D-Druckern bereits Modelle her. Deutsche Firmen führen sogar die internationale Konkurrenz bei der Verwendung von 3D-Druckern an. So stellte eine Studie der Ernst & Young Wirtschaftsprüfungsgesellschaft fest, dass die Hälfte aller deutschen Unternehmen bereits Erfahrungen mit 3D-Druck gemacht haben beziehungsweise vorhaben, es zukünftig einzuführen. Allein in Deutschland lag der Umsatz mit 3D-Produkten im Jahr 2016 bei einer Milliarde Euro.

Auch im industrielle Sektor feiert der 3D-Druck große Erfolge. Hier punktet er besonders durch seine Präzision. Außerdem erlauben 3D-Drucker die Produktion von Stahl und Titan-Werkstücken in Formen, welche vorher nur bedingt möglich waren. Experten sprechen davon, dass durch 3D-Druck Geometrien realisiert werden können, welche mit mechanischer Umformung gar nicht erzeugbar seien. Zwar ist ein großes Manko die Produktionsdauer, jedoch sind bereits jetzt kleinere Produktionen in Serie gegangen, welche aus dem 3D-Drucker stammen. Und auch zukünftig werden Exponate immer häufiger in Serie gehen.

Fazit

Wer heutzutage immer noch denkt, 3D-Drucker seien eine Randerscheinung, liegt definitiv falsch. Die Umsatzzahlen sprechen für sich. Den Herstellern ist es gelungen aus ihrer Nische hervorzutreten und ihre Produkte und Dienstleistungen in den verschiedensten Branchen zu etablieren. Allerdings ist momentan die Produktionsdauer eine Hürde um serienmäßig in Wirtschaft und Industrie bestehen zu können. Jedoch sind Forschern im medizinischen Bereich bereits große Fortschritte gelungen. Und auch für Bastler ist es eine nette Spielerei, welche sie – abhängig vom Druckverfahren – bereits im niedrigeren Preissegment erwerben können. Trotz dieser kleineren Makel hat das 3D-Druckverfahren in den letzten Jahren eine sehr gute Entwicklung zurückgelegt. Und man braucht sicher keine Glaskugel, um sagen zu können, dass in den nächsten Jahren immer mehr 3D-Drucker, in den verschiedensten Bereichen zum Einsatz kommen werden.

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