3D-Drucker: Ein Trend mit wachsender Bedeutung – nicht nur für die Industrie

Der 3D-Druck zählt sich zu den größten Trends des Jahres 2015. Viele Branchen forschen intensiv an Verwendungsmöglichkeiten für diese Technologie. Folgender Artikel gibt einen Überblick über die Entwicklung im Bereich der 3D-Drucker.

3D Drucker (Bild: Fotolia - © lucadp).

3D-Drucker werden zunehmend auch für den Hausgebrauch hergestellt (Bild: Fotolia – © lucadp).

3D-Drucker sind in privaten Haushalten noch immer eine Seltenheit, doch die junge Branche befindet sich in einem stetigen Wachstum. In immer mehr Bereichen wie dem Zahnersatz oder auch der Raumfahrt kommt die Technologie zum Einsatz und kurbelt so den Umsatz an. Der große Vorteil besteht darin, dass Teile ohne Verschnitt und genau auf den jeweiligen Einsatzbereich zugeschnitten produziert werden können. Auch die Stückzahl kann exakt gewählt werden, was Materialkosten spart. In der Luftfahrt kommen bereits jetzt die ersten ausgedruckten Komponenten zum Einsatz und erweisen sich als robuster und günstiger in der Herstellung. Insbesondere wenn nur einzelne Teile benötigt werden, können sich Arbeitsprozesse deutlich verkürzen, denn diese müssen nicht bestellt werden, sondern können bequem innerhalb relativ kurzer Zeit im eigenen Betrieb gefertigt werden.

Laut einer Statistik wird sich bis zum Jahr 2018 in der Branche ein Umsatz von 3D-Druckern über 5,4 Milliarden Dollar entwickeln. 10,8 Milliarden Dollar Umsatz werden erwartet bei damit zusammenhängenden Dienstleistungen und Materialien. Das Marktforschungsunternehmen Gartner hat den 3D-Druck zu den Top 3 Technologietrends in 2015 gezählt. Gartner schätzt das Wachstum der Branche auf 98 Prozent in diesem Jahr und erwartet einen signifikanten Einfluss auf die Industrie.

Bislang werden beim 3D-Druck drei verschiedene Funktionsweisen genutzt:

  • Selective Laser Sintering (SLS)
  • Stereolithographie (SLA)
  • Fused Deposition Modeling (FDM)

 

Beim SLS können Glas, Metall, Plastik oder Keramik verarbeitet werden. Hierbei werden einzelne Partikel des Rohmaterials durch einen Laser miteinander verschmolzen, indem es in Puderform dort bestahlt wird, wo es aneinander haften muss. Der große Vorteil dieser Verarbeitungsweise ist, dass die fertigen Teile je nach Material eine große Hitzebeständigkeit aufweisen.

Die Technik des SLA wurde bereits 1986 durch Chuck Hull, den Gründer von 3D Systems, entwickelt. Hier wird als Rohmaterial lichtempfindlicher Kunststoff in flüssiger Form verwendet. Er wird durch einen speziellen UV-Laser bestrahlt und damit schichtweise zum Erstarren gebracht. Da hier mit flüssigem Rohmaterial gearbeitet wird, sind Stützstrukturen notwendig, die nach dem Druck manuell entfernt werden müssen.

Die am häufigsten genutzte Funktionsweise ist das FDM. Hierbei werden Objekte gefertigt, indem geschmolzenes Rohmaterial durch eine Düse schichtweise aufgetragen wird und anschließend erstarrt. Viele 3D-Drucker verfügen über mehrere Düsen. Eine trägt das Material auf und eine weitere fertigt beim Druck eventuell notwendige Stützstrukturen an, die anschließend entfernt werden müssen.

Verarbeitet werden können beim 3D-Druck inzwischen die unterschiedlichsten Materialien. Neben Kunstharzen, Metall, Glas oder Papier ist es inzwischen auch möglich, mit Lebensmitteln wie Zucker zu drucken.

3D Printer Assembly (Bild: Fotolia - © Dario Sabljak).

Bausätze von 3D-Druckern sind meist günstiger (Bild: Fotolia – © Dario Sabljak).

3D-Drucker für den Hausgebrauch?

Dass 3D-Drucker auch im Heimbetrieb begehrt sind, zeigt die Kickstarter-Kampagne des Unternehmens M3D. Sie planten einen Drucker zum erschwinglichen Preis von 299 Dollar, das Förderziel lag bei 50.000 Dollar. In nur elf Minuten war das Projekt vollständig abgedeckt, ein neuer Rekord auf der Crowdfunding-Plattform. Insgesamt 3.401.361 Millionen Dollar kamen letztlich in der Kampagne zusammen.

Das Interesse ist also definitiv vorhanden und bereits jetzt sind 3D-Drucker für den Privatgebrauch im Handel zu haben. Die Preisspanne ist dabei sehr breit und erstreckt sich von unter 500 Euro bis zu etwa 2.000 Euro. Angeboten werden nicht nur fertige Drucker, sondern auch Bausätze, die von den Kosten her meist deutlich niedriger liegen. Ob diese Bausätze für 3D-Drucker mit den fertig produzierten Geräten mithalten können, wird unter anderem in diesem Artikel diskutiert – auch drei der derzeit gängigsten Hersteller werden hier vorgestellt.

Auf der Consumer Electronics Show in Las Vegas präsentierte ein Team von der Universität Harvard kürzlich den 3D-Drucker Voxel8. Dieser ist auf das Verarbeiten von verschiedenen Materialien spezialisiert , das etwa den Druck von elektronischen Bauteilen ermöglicht. Er ist in der Lage, Schaltkreise auf Platinen zu drucken, soll in der Zukunft aber auch weit komplexere Aufgaben übernehmen und beispielsweise Hörgeräte fertigen können. Bisher war beim 3D-Druck nur die Verarbeitung eines einzigen Materials üblich.

Einsatzgebiete von Raumfahrt zu Schokolade

Im Rahmen der CES stellte 3D Systems den Schokoladen-3D-Drucker Cocojet vor. Dieser wurde in Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Großkonzern Hershey entwickelt und kann mit dunkler, weißer und Milchschokolade drucken.

Weltweit wird in der Lebensmittelbranche nach Einsatzmöglichkeiten geforscht, teilweise unterstützt von der NASA, die für ihre Astronauten optisch ansprechendere und schmackhaftere Lebensmittel zur Verfügung stellen möchte. Zielgruppe sind allerdings besonders auch ältere Menschen mit Kau- und Schluckbeschwerden. Für diese wird per 3D-Drucker Nahrung als sogenanntes Smooth Food hergestellt, wie die Welt berichtet. Das Ziel ist es, Nahrung aus den ursprünglichen Bestandteilen, beispielsweise Erbsen, herzustellen und in weicherer, kaubarer Form als Gelee oder Schaum zur Verfügung zu stellen, ohne dass das Gericht an Ansehnlichkeit einbüßt oder der Geschmack dabei verfälscht wird. Oftmals leidet nämlich bei Menschen mit Kaubeschwerden der Appetit, wenn Mahlzeiten nur noch als Brei gereicht werden. Mit dem Essen aus dem 3D-Drucker soll die Lebensqualität von eingeschränkten Menschen verbessert werden. Da die Zubereitung solcher Lebensmittel von Hand sehr aufwändig ist, sollen die Geräte zudem die Arbeitsprozesse verkürzen und erleichtern. Noch besteht bei der Herstellung vor allem die Schwierigkeit, die Rohmasse geschmacksneutral mit entsprechenden Zusätzen zu versehen, die für eine teilweise Aushärtung des Gerichts auf dem Teller sorgen.

3D-Druck (Foto: Fotolia - © dreamnikon).

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig und wachsen stetig an (Foto: Fotolia – © dreamnikon).

Doch auch bekannte Firmen der Lebensmittelbranche entdecken die Vorteile der 3D-Drucker für sich. Im letzten Jahr hat beispielsweise der Nudelhersteller Barilla einen Wettbewerb veranstaltet, bei dem Teilnehmer Nudeln aus dem 3D-Drucker entwerfen sollten. Bilder von den ungewöhnlichen Nudel-Kunstwerken sind hier zu finden.

Ob Spielzeug oder Schmuck: auch in diesen Bereichen wird 3D-Druck bereits intensiv eingesetzt. Im Juli 2014 eröffnete der Internet-Versandhändler Amazon in den USA einen 3D-Printing-Store, bei dem Kunden Farbe und Design des gewünschten Produktes anpassen können.

Immer beliebter werden auch 3D-Figuren, bei denen über eine Vielzahl von Kameras zunächst am Computer ein Abbild einer Person erstellt wird. Anschließend wird die Figur in der gewünschten Größe ausgedruckt und fungiert wie ein dreidimensionales Foto.

Auch in der Medizin haben 3D-Drucker schon jetzt ihren Platz, beispielsweise bei der Fertigung von Prothesen. Zahnprothesen, aber auch künstliche Kniegelenke und sogar Beinprothesen für Tiere werden mit den Geräten gefertigt und weisen eine erstaunliche Robustheit auf. Eine Forschungsgruppe an der Harvard Universität konnte sogar bereits erste Erfolge bei der Herstellung künstlicher Organe aus dem 3D-Drucker erzielen. Dem Team ist es gelungen, dünne Zellblätter zu drucken, die zu lebensfähigem Gewebe heranwuchsen. Dickere Gewebe sind bislang noch nicht möglich, da es hier aufgrund fehlender Blutgefäße zu einer Unterversorgung der äußeren Zellschichten kommt. Die Forscher haben es sich zum Ziel gesetzt, künstliche Nieren zu entwickeln, denn diese stellen 80 Prozent der benötigten Ersatzorgane dar und noch immer sterben viele Menschen während der Wartezeit auf ein Spenderorgan.

Wo die Grenzen der Technologie liegen, kann noch nicht mit Sicherheit gesagt werden. Die Bandbreite ist enorm und viele Branchen forschen intensiv nach weiteren Verwendungsmöglichkeiten. Schon 2013 stellte eine Gruppe von Forschern mit einem 3D-Drucker eine funktionstüchtige Lithium-Ion-Batterie her, die so klein war wie ein Sandkorn. Batterien in entsprechender Größe könnten beispielsweise kleine Roboter antreiben (weiterlesen).

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