3D-Drucker, ein technischer Boom

• Die unterschiedlichsten Elemente – von Dekor-Objekten bis hin zu menschlichen Organen – können damit gedruckt werden
• Die Schnelligkeit, mit der Unternehmen dank dieser Technik neue Prototypen testen können, verringert die Kosten erheblich

 

Es wird nicht mehr lange dauern, bis jeder Haushalt neben einem Papierdrucker einen 3D-Drucker besitzen wird. Der Austausch von Objektdaten wird damit dann so gewöhnlich sein wie heute der Austausch von Musikdaten, Videodaten usw.

 

Video der im letzten Jahr in London stattgefundenen Ausgabe der Messe 3D Printshow.

 

Wir stehen vor einem großen Wandel, der uns ein breites Feld gewerblicher und häuslicher Anwendungen eröffnet. In den letzten Monaten haben sich derart viele Neuigkeiten entwickelt, dass bereits darüber debattiert wird, ob man dem Drucken von Objekten Grenzen setzen sollte. Wie so oft hinkt die Gesetzgebung der schnellen Entwicklung der Technik hinterher.

 

Ein Drucker der Marke MakerBot beim Drucken eines Pariser Gebäudes..

 

Die Basistechnik ist nicht neu, aber die neusten Fortschritte sind revolutionär

Bereits vor Jahren wurden 3D-Drucker zur Herstellung von Zahnimplantaten oder Teilen für die Automobilindustrie verwendet. Die vor Kurzem im Kunstmuseum McDonough von Ohio stattgefundene Ausstellung (Re-Shaping Ideas, Ingenuity in 3D Technology) hat die Entwicklung dieser Drucker in den letzten 25 Jahren zum Gegenstand.

 

 

Die Entwicklung hat während des letzten Jahres einen großen Sprung gemacht: inzwischen können Objekte sehr präzise gedruckt werden und es gibt neue Anwendungsmöglichkeiten und erschwinglichere Preise für kleinere Firmen und Privathaushalte.

Das Thema ist hochinteressant und vielschichtig. Deshalb gehen wir schrittweise vor.

 

Was ist ein 3D-Drucker?

Ein gewöhnlicher Drucker erlaubt es uns, einen Text vom Computer auf Papier zu übertragen; auf die gleiche Weise kann ein 3D-Drucker ein Objekt in seinen drei Dimensionen (Länge, Breite, Höhe) materialisieren. Wenn wir also in unserem Computer über die drei Maße eines Gegenstands verfügen – egal, ob es sich um einen simplen oder einen komplexen Gegenstand handelt – überträgt der 3D-Drucker ihn auf die Realität.

 

PBS Digital Studios.

 

Technik und Typen

Die Technik verwendet eine 3D-Software, mit der das Objekt entworfen und die Information in 2D-Schichten „übersetzt‟ wird, um dann dreidimensional ausgedruckt zu werden.Die Entwicklung der 3D-Drucker geht allerdings so schnell voran, dass ständig neue Modelle vorgestellt und kommerzialisiert werden. Um sich eine ungefähre Vorstellung der heute existierenden Typen machen zu können, sehen wir uns die Zusammenfassung aus Wikipedia (Spanisch) an:

Verdichtung: eine Pulvermasse (Gips oder Zellulose) wirdin Schichten verdichtet.

Je nach angewendeter Verdichtungsmethode findet man Tintendrucker, die Farbdrucke erlauben, und Laserdrucker, bei denen ein Laserstrahl Energie auf einen „Pulverkuchen‟ überträgt und diesen polymerisiert. Danach wird der Pulverkuchen in eine Flüssigkeit getaucht, so dass sich die polymerisierten Zonen verfestigen.

Nachdem alle Schichten gedruckt sind, muss das Teil nur noch entnommen werden. Mit Hilfe eines Trockners wird das überschüssige Pulver entfernt und für spätere Drucke verwendet.

Addition oder Einspritzung von Polymeren: das Objekt wird durch Hinzufügung von Materialschichten, die ihm Körperhaftigkeit verleihen (Kunststoff, Metall usw.) „gebaut‟.

Eine weitere 3D-Drucktechnik funktioniert durch Einspritzung von Harzen in flüssiger Form und Ultraviolettstrahlung. Es handelt sich um Photopolymere auf Acrylbasis mit verschiedenen physisch-mechanischen Eigenschaften (Flexibilität, Bruchdehnung, Resistenz, Farben usw.). Diese Technik zeichnet sich durch ihre Präzision und ihre Oberflächengüte aus, was sie zur Herstellung von Formen besonders geeignet macht. Die Teile sind nach dem Drucken vollständig rein und es gibt keine Wartezeiten, es müssen lediglich die Halterungen mit Wasser abgespritzt werden. Mit dieser Technik wurden zum ersten Mal zwei unterschiedliche Materialien in einem Druckvorgang eingespritzt und digitale Materialien à la carte erzeugt.

 

Anwendungen

Bisher wurden 3D-Drucker fast ausschließlich in der Architektur und im Industriedesign eingesetzt. Der heute zur Verfügung stehende Anwendungsfächer scheint aber keine Grenzen mehr zu kennen: Dekorationsgegenstände, Haushaltszubehör, Kleidung, Schuhe, Bühnenbilder, Lebensmittel (Hamburger, Kuchen usw.), Stoffe und menschliche Organe… nur die Phantasie setzt ihre Grenzen. Hier einige Beispiele:

 

Besonderheiten sind biomedizinische Anwendungen unddie Tatsache, dass Firmen schnell die Wirksamkeit ihrer Prototypen prüfen können, wodurch sie ihre Kosten bedeutend reduzieren können.

 

Einige Beispiele

Knochen-Drucker (3D Bioprinter)

Dieser Drucker kann anhand von Stammzellen Knochen erzeugen, die kranke Knochen ersetzen können. Die Technik wird bereits für die Replikation von Gewebe und Organen von Lebewesen eingesetzt.

Vor einigen Monaten wurde in einem Krankenhaus in Michigan (USA) ein Kleinkind mit einer defekten Luftröhre gerettet: in knapp einem Tag wurde seine Luftröhre auf der Basis eines tomographischen Bildes reproduziert. Das eingesetzte Material wird von dem Organismus des Kindes in drei Jahren absorbiert werden (The New England Journal of Medicine).

 

Reportage mit der Erläuterung verschiedener Anwendungen (Global TV 16 x 9). Auf Englisch.

 

Utensil zur Herstellung von Eisgetränken

Das Instituto de Diseño y Fabricación (IDF) der Polytechnischen Universität Valencia, Spanien (UPV) hat für eine Firma, die Horchata (Erdmandelmilch) herstellt, ein neues Utensil entworfen, um anhand des 3D-Drucks aus gefrorenen Getränken Sorbet herzustellen. Dadurch konnten während der Entwurfsphase bedeutende Kosten eingespart werden, weil sich die Fristen verkürzten und die Entscheidungstreffung erleichtert wurde.

 

Video des IDF (Institut für Design und Herstellung) der Polytechnischen Universität Valencia (auf Spanisch).

 

Kürzlich haben Forscher der Universität North Carolina eine Methode entworfen, um mit Flüssigmetall zu „drucken‟ (siehe Video).

 

Drucken von Gegenständen in Flüssigmetall (YouTube). Auf Englisch.

 

Preise

Bis vor Kurzem konnte der Preis für einen 3D-Drucker noch bei 500.000 Euro liegen, weshalb sich nur finanzstarke Unternehmen und Forschungszentren ein solches Gerät leisten konnten. In diesem Preis sind die Kosten für das Gerät, die Software und die Patronen der zum Drucken verwendeten Materialienenthalten. Die Konkurrenz auf dem Markt führt aber inzwischen zu einer Reduktion der Anschaffungskosten und heute werden bereits Geräte für kleinere Firmen und für den Hausgebrauch angeboten, die bei 500 Euro liegen. Der Preis hängt natürlich auch von der Auflösung ab, die mit dem Drucker erreicht wird. Um die Geräte noch preisgünstiger zu gestalten, bieten manche Hersteller sogar Teile zur Eigenmontage eines Druckers an.

 

 

Gesetzgebung

Sobald jeder gewöhnliche Mensch einen Gegenstand oder geistiges Gut reproduzieren kann, entstehen moralische Bedenken, auf die Antworten gefunden werden müssen. Derzeit steht ein Fall zur Debatte, bei dem ein Junge ein Gewehr „gedruckt‟ hat, vor allem aber auch seine Argumente, warum er sich für diese Methode entschied. Im Internet, vor allem im europäischen, wird heftig darüber diskutiert (siehe Video von Global TV 16 x 9).

 

 

Quellenangaben:

Printshow (web):

http://3dprintshow.com/london2013/awards/

http://issuu.com/bharms/docs/bharms_portfolio_for_issuu_8_5_12/31?e=1549739/2249707

Organovo:

http://www.organovo.com/3d-human-tissues

Wikipedia:

http://es.wikipedia.org/wiki/Impresora_3D