Metallpulver, flüssiges Plastik, Schokolade: Grenzenlose Kreativität mit 3D-Druck

Visionäre sehen im 3D-Druck nicht weniger als einen Umsturz derzeitiger Produktionsverhältnisse und sprechen von der dritten Industriellen Revolution. Kritiker hingegen machen im dreidimensionalen Druck große Gefahren aus und sehen eine Blase, die bald platzen wird.

Sicher ist: Für Bastler eröffnen moderne 3D-Drucker eine kreative Spielwiese. Ob kleine Spielzeugfiguren, individuelle Smartphone-Hüllen oder bunte Deko-Objekte - in entsprechender Größe und Menge produzieren 3D-Drucker Gegenstände aller Art, der Inspiration sind kaum Grenzen gesetzt.

3D-DRUCK - GRENZENLOSE KREATIVITÄT

Auch die Materialien, die beim 3D-Druck zum Einsatz kommen, sind vielfältig. Während Drucker für den Hausgebrauch vor allem Kunststoffobjekte herstellen, drucken industrielle Großgeräte mit Gips, Keramik, Zement und sogar Metall.

Doch 3D-Druck ist nicht gleich 3D-Druck: Der Begriff steht für ein ganzes Bündel verschiedener Fertigungstechniken, die sich immer nur für ganz bestimmte Materialien eignen. Gemeinsam ist diesen Techniken, dass sie dreidimensionale Objekte aufbauen, indem sie das jeweilige Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen. Das nennt sich additive Fertigung - im Gegensatz zu subtraktiven Techniken wie Fräsen, Sägen oder Bohren.

3D-DRUCKER: FDM-VERFAHREN

Die meisten 3D-Drucker im unteren Preissegment sind sogenannte FDM-Drucker. FDM steht für Fused Deposition Modeling und ist nichts anderes als ein "Schmelzschicht"-Verfahren. Beim FDM lassen sich deshalb nur Materialien verarbeiten, die mittels Erhitzen weich und formbar werden. Das können thermoplastische Kunststoffe sein, aber auch Modellierwachs und sogar Schokolade.

Der Druckkopf von FDM-Maschinen besteht, vereinfacht gesagt, aus einer heißen Düse. In diese Düse wird auf der einen Seite das feste Rohmaterial gepresst und dadurch verflüssigt; am anderen Ende der Düse tritt es dann als weicher und sehr dünner Faden wieder aus. Damit baut der 3D-Drucker Schicht für Schicht des gewünschten Objekts auf.

Problem bei dieser Fertigungstechnik: Der noch warme Plastikdraht erstarrt an der Luft nicht sofort. Größere Überhänge am Zielobjekt müssen deshalb während des Druckvorgangs durch Gitterstrukturen gestützt und nach dem Aushärten entfernt werden. Weiterer Nachteil: Oft weisen die fertigen Objekte eine Riffelung auf, die durch das schichtweise Auftragen entstehen kann.

INDUSTRIELLE SLM- oder SLS-DRUCKER

Deutlich exakter arbeiten alle 3D-Drucker, deren Ausgangsmaterial in Pulverform vorliegt. Werden Kunststoffe wie Polyamid oder Metalle wie Stahl und Titan verarbeitet, verschmilzt oder sintert ein Laser die einzelnen Körnchen punktgenau. Sintern ist nichts anderes als das Erhitzen, Schmelzen und Verfestigen von pulverförmigen bis körnigen Stoffen. Entsprechend heißt diese Drucktechnik Selective Laser Melting (SLM) oder Selective Laser Sintering (SLS).

Während des Druckvorgangs bleibt immer Pulver zurück, das nicht Teil des Werkstücks ist. Es stützt überhängende Teile und wird nach der Produktion einfach weggebürstet. So kann es sogar für weitere Druckvorgänge wiederverwendet werden. SLS- und SLM-Drucker stellen robuste oder elastische Objekte her, deren Oberfläche oft rau ist, ähnlich wie bei feinem Sandpapier.

STEREOLITHOGRAFIE - FILIGRANES DRUCKVERFAHREN FÜR PROTOTYPENBAU

Die schönsten Oberflächen lassen sich mit Stereolithografie-Maschinen (SLA) drucken. Bei der SLA-Technik wird ein Becken voller flüssigem Kunstharz mit UV-Licht schichtweise "beschossen", wodurch bestimmte Bereiche im Harz aushärten. Nach und nach "wächst" so das Zielobjekt.

Mit dem SLA-Verfahren gedruckte Objekte sind detailgenau, aber deutlich zerbrechlicher als aus Pulver gesinterte oder gelaserte Produkte. Der SLA-Druck eignet sich dennoch hervorragend für den semi-professionellen und industriellen Prototypenbau.

SPEZIALVERFAHREN VON STRATASYS UND MCOR

Neben den genannten Drucktechniken gibt es noch weitere Verfahren, auf die sich verschiedene Unternehmen spezialisiert haben. Die Maschinen der irischen Firma Mcor produzieren Modelle aus gewöhnlichem Schreibpapier. Lage für Lage schichtet der 3D-Drucker namens "ARKe" Papier übereinander und verklebt es miteinander. Ist das Objekt komplett aufgebaut, wird das überschüssige Papier entfernt und das Produkt in Kunstharz getränkt.

Die Drucker der "Objet"-Serie des Herstellers Stratasys arbeiten nach dem sogenannten PolyJet-Verfahren, das als Kombination von FDM und SLA gesehen werden kann. Dabei wird Kunstharz tröpfchenweise gedruckt und sofort per UV-Licht gehärtet. Bei den "Objet"-Druckern arbeiten mehrere Druckköpfe und Düsen zusammen, sodass Objekte aus verschiedenen Materialien in einem Druckvorgang aufgebaut werden können, zum Beispiel die harte Schale einer TV-Fernbedienung mit elastischen Tasten.

Auch Edelmetalle können gedruckt werden, zumindest indirekt. Dabei wird ein Modell zunächst aus Wachs in 3D gedruckt. Das gedruckte Wachsmodell bildet dann die Vorlage für die Gussform von Gold, Silber & Co.

FAZIT

Der dreidimensionale Druck ist die Technik der Zukunft, das denken inzwischen nicht mehr nur Visionäre. 3D-Druck ist keine Science-Fiction mehr, bereits jetzt ist diese innovative, flexible und vor allem individuelle Technik im Alltag vieler Menschen angekommen - manchmal unbemerkt: Hörgeräte und Zahnersatz stammen sehr oft aus 3D-Druckern, die dreidimensionale Drucktechnik steckt in MTU-Flugzeugtriebwerken und in Daimler-Lkws.

Welche Unternehmen und Branchen vom 3D-Druck besonders profitieren, wo die Chancen und die Gefahren der neuen Technologie liegen und warum bald sogar Organe gedruckt werden könnten, das erfahren Sie im zweiten Teil unserer kleinen Serie: "Spielzeug, Muskelzellen, Waffen - Chancen und Risiken des 3D-Drucks"

Von Markus Gentner/Redaktion finanzen.at