3D-Druck: Neue Gegenstände wie von Zauberhand erschaffen? – KLUB DIALOG

3D-Druck: Neue Gegenstände wie von Zauberhand erschaffen?

Natürlich hat 3D-Druck nichts mit Zauberei zu tun. Aber irgendwie fühlt es sich doch so an, wenn man den Drucker bei seiner Arbeit beobachtet. Benötigt werden drei Komponenten: das Material, eine Druckdatei und natürlich der 3D-Drucker selbst. Schicht für Schicht erschafft er dreidimensionale Gegenstände. Emsig druckt er vor sich hin, so lange, bis der Gegenstand fertig ist. Doch wie funktioniert das Verfahren ganz konkret, in welchen Bereichen wird 3D-Druck eingesetzt und was ist zukünftig alles mit dieser Technik möglich?  

So funktioniert 3D-Druck

Christoph Müller, Dozent für CAD und 3D-Druck bei Bildung und Beratung in Bremen, hat uns das Prinzip erklärt. Zunächst ist festzuhalten: 3D-Druck ist nicht gleich 3D-Druck. Es gibt drei verschiedene Verfahren, die sich hinsichtlich Material und Einsatzbereich unterscheiden: das Fused Deposition Modeling (FDM), Selective Laser Sintering/Melting (SLS und SLM) und die Stereolithografie (SLA). Die verschiedenen Verfahren wurden in den 1980er Jahren entwickelt.

Druckverfahren Rohmaterial Vorteile Nachteile
Fused Deposition Modeling (FDM) Filament (verschiedene Arten)
  • Material und Drucker sind relativ günstig und damit auch für den Privatgebrauch geeignet
  • Schnelles Druckverfahren
  • hohe Belastbarkeit der gedruckten Teile
  • Für den Druck von Überhängen muss Stützmaterial gedruckt werden.
  • Die Oberflächen der Gegenstände haben eine leichte Riffelung.
Selective Laser Sintering/Melting (SLS und SLM) Pulver
  • Hier kann z.B. auch Metall verarbeitet werden.
  • Überhänge können ohne Stützmaterial gedruckt werden.
  • Drucker sind sehr teuer. Kommen in der Industrie zum Einsatz
  • Oberfläche ist sehr rau.
Stereolithografie (SLA) Kunstharz
  • feine Oberfläche
  • Eignet sich für detailreiche Objekte.
  • 3D-Drucker sind sehr teuer und eher nicht für den Privatgebrauch geeignet.
  • geringere Belastbarkeit der Objekte

FDM ist die Art des 3D-Drucks, die am weitesten verbreitet ist. Einen großen Aufschwung erhielt diese Art des Drucks, nachdem im Jahr 2009 das Patent erlosch und das Verfahren damit für die Öffentlichkeit zugänglich wurde. Mittlerweile gibt es eine große 3D-Druck-Community im Bereich der privaten und beruflichen Anwender. Es wird gemeinsam getüftelt, konstruiert und optimiert.

Das Filament ist das Rohmaterial, das für den 3D-Druck verwendet wird. Es besteht aus Materialien, die durch Hitze formbar sind. Größtenteils handelt es sich um Kunststoffe. Mittlerweile gibt es sie in allen erdenklichen Farben oder auch sogar im Dunkeln leuchtend. Holzfilamente enthalten einen gewissen Anteil Holz, der für die Struktur wichtig ist.

Foto: Sonja Oetting

Das Filament ist auf einer Rolle aufgewickelt und wird an den Drucker angeschlossen ähnlich wie eine Papierrolle an einer Kasse. Die Druckdateien werden entweder auf einer SD-Karte gespeichert oder wie bei einem normalen Drucker von einer Software per USB-Anschluss übermittelt. Sobald der Druckvorgang gestartet wird, beginnt der Drucker gemäß den Druckdaten Schicht für Schicht mit dem Aufbau des Gegenstandes. Das Filament wird dabei erwärmt, damit es seine neue Form annehmen kann. Pro Schicht werden etwa 0,2 Millimeter Material aufgetragen.

Doch ganz so einfach, wie es klingt, ist der 3D-Druck dann doch nicht. Es braucht schon ein wenig Erfahrung und Fingerspitzengefühl, um gute Ergebnisse zu produzieren. „3D-Druck ist immer auch ein wenig Bastelei“, weiß Christoph Müller aus eigener Erfahrung. Das Material ist teilweise sehr empfindlich. Bei zu hoher Raumtemperatur wird es zum Beispiel brüchig. Auch Zugluft kann sich während des Druckvorgangs negativ auf das Ergebnis auswirken. Doch wenn alles stimmt, kann sich das Ergebnis wirklich sehen lassen.

Wer eigene Druckvorlagen erstellen möchte, muss eine Software dafür nutzen. Kenntnisse im Bereich CAD sind hier auf jeden Fall hilfreich. Der zu druckende Gegenstand wird nämlich konstruiert. Es gibt dafür auch eine große Auswahl von kostenloser 3D-Druck-Software. Aber nicht jeder Anwender muss gleich konstruieren können, wenn er sich im 3D-Druck versuchen möchte. Viele fertige Dateien sind dank der bestehenden und aktiven Community im Internet frei zugänglich.

Auch in der Kunst ist 3D-Druck mittlerweile angekommen. Künstler nutzen 3D-Druck für ihre Werke. Ganze Skulpturen wurden bereits gedruckt. Zu den bekannten Objekten gehören die Stimmskulpturen von Gilles Azzaro. Er druckt Sounds, Phrasen oder Reden die dann wie eine „imaginäre topographische Landschaft“ aussehen. Andere Künstler experimentieren mit verschiedenen Materialien und erweitern so das Spektrum der kreativen Darstellung.

 

3D-Druck: Was wird aktuell gedruckt?

3D-Drucker kommen häufig bei der Herstellung von Ersatzteilen oder kleineren Gegenständen zum Einsatz. Im privaten Gebrauch werden zum Beispiel Spielzeug, Spielsteine oder Ersatzteile für den Haushalt gedruckt. Ist eine Spielfigur oder ein kleines Häuschen verloren gegangen? Deshalb müssen Kinder keine Tränchen mehr vergießen. Im Handumdrehen ist ein Neues gedruckt.

Grundsätzlich sind der Kreativität im Bereich 3D-Druck kaum Grenzen gesetzt. Ein Teilnehmer aus dem Kurs von Christoph Müller hatte zum Beispiel durch die Corona-Pandemie die Idee, Face Shields zu drucken. Auch den Tragekomfort normaler Gesichtsmasken, zum Beispiel für Menschen mit Hörgeräten, hat er durch gedruckte Verlängerungen verbessert.

Im Handwerk und in der Industrie wird dieses Verfahren meist im Prototypenbau eingesetzt. Die Herstellung durch 3D-Druck ist nämlich wesentlich günstiger. Erst wenn alles optimal angepasst ist und funktioniert, wird mit den originalen Materialien gearbeitet.

Die Industrie arbeitet auch mit Metallen. Das ermöglicht zum Beispiel Verschleißteile für Maschinen und Geräte zu drucken.

Foto: Sonja Oetting

Es gibt aber auch bereits ganz erstaunliche größere und innovative Projekte für 3D-Druckverfahren in der Industrie und im Bereich Medizin. Im Jahr 2000 wurde zum Beispiel die erste funktionsfähige Niere gedruckt, in 2008 das erste Prothesenbein. Im Jahr 2018 wurde ein komplettes Motorrad gedruckt. Im FabLab der Uni Bremen haben Studierende in diesem Jahr den Prototypen eines Fahrrades gedruckt. Da stellt sich doch die Frage, was alles noch möglich ist?

Wie sieht die Zukunft des 3D-Drucks aus?

Was der 3D-Druck bisher erreicht hat, klang Anfang der 1980er Jahre noch wie eine Utopie. Heute ist es Wirklichkeit. Wie werden die Möglichkeiten des 3D-Drucks also in 20 Jahren aussehen? Hat 3D-Druck vielleicht das Potenzial, dringend benötigte Spenderorgane herzustellen und damit Leben zu retten? Können Kleidung und Schuhe in großem Umfang gedruckt werden? Das könnte zum Beispiel zu besseren Arbeitsbedingungen beitragen. Und wie sieht es mit der Umweltbelastung aus? Das Druckverfahren ist schonend, da kaum Abfall entsteht. Die Thermoplaste sind allerdings nicht besonders umweltfreundlich. Hier gilt es recyclebare und nachwachsende Werkstoffe zu erforschen.

Natürlich können diese Fragen heute noch nicht beantwortet werden. Fest steht aber, dass das Wissen über 3D-Druck und seine Anwendungsmöglichkeiten weiter verbreitet werden muss, damit Fortschritte gemacht werden können. Weitere Forschung und Optimierungen der vorhandenen Verfahren werden die Marktfähigkeit weiter verbessern. Ein zunehmendes Verständnis wird automatisch zu Ideen für neue Anwendungsgebiete führen. Das zeigt das Projekt der Studierenden der Uni Bremen sehr anschaulich.

Quellen und weiterführende Informationen:

Bildung und Beratung ist ein zertifizierter Bildungsträger mit umfangreichen Schulungsangeboten für Arbeitsuchende, Unternehmen und Privatpersonen. In dem Kurs „Fachkraft für 3D-Druck“ lernen die Teilnehmer*innen die Prinzipien des 3D-Drucks. Sie bauen ihren eigenen 3D-Drucker, arbeiten damit, optimieren und konstruieren. Im Anschluss dürfen sie ihn mit nach Hause nehmen. Weitere Infos unter: https://bildungundberatungbremen.de/kurs-fachkraft-3d-druck/#link_tab-1533879693688-4

https://www.filamentworld.de/3d-druckverfahren/

https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/3d-druck/deutsche-entwickeln-e-motorrad-aus-dem-3d-drucker/

https://www.3dnatives.com/de/3d-druck-in-der-kunst-260920181/#!

https://up2date.uni-bremen.de/lehre-studium/das-gedruckte-fahrrad

Die Autorin

Mehr aus dem KLUB Magazin

KLUB DIALOG wird unterstützt durch

Newsletter abonnieren