Mit 3-D-Druckern kann man heutzutage tolle Sachen produzieren – nicht nur als Profi.
Schon seit einigen Jahren liegt 3-D-Druck voll im Trend: Kopien von Menschen im Miniformat, industrielle Bauteile, sogar süße Desserts lassen sich mithilfe dieser Maschinen „aus dem Nichts“ erschaffen. Auch privat kann man mit den Druckern so einiges anstellen. Wir zeigen, wie 3-D-Drucker die Welt revolutionieren und was sie in Zukunft noch leisten können.
Wenn Menschen mal eben etwas ausdrucken, meinen sie damit nicht mehr bloß Texte oder Bilder auf flachem Papier. Leistungsfähige 3-D-Drucker produzieren heutzutage unterschiedlichste Objekte zum Anfassen – detailgetreu und aus einem Guss. Durch wenige Mausklicks entstehen in kurzer Zeit elegante Kunstwerke, praktische Alltagsprodukte oder industrielle Ersatzteile. Das Prinzip ist jedoch alles andere als neu – genauer gesagt schon über 30 Jahre alt: Um die Herstellung industrieller Prototypen zu beschleunigen, erfand der US-amerikanische Ingenieur Charles Hull schon 1983 ein System, mit dem er digitale Designentwürfe ohne aufwendige Zwischenschritte räumlich ausdrucken konnte. Mit gezielter Laser- und UV-Technik verwandelte er erstmals flüssigen Kunststoff in dreidimensionale Produkte. Automatisiert, präzise und nach Vorlage aus dem Computer. Hull nannte diese kleine technische Revolution „Stereolithografie“ und läutete damit die Geburtsstunde des 3-D-Drucks ein.
3-D-Drucker erzeugen reale Objekte scheinbar aus dem Nichts. Doch wie funktioniert das in der Praxis? Im Prinzip ganz ähnlich wie beim Textverarbeitungsprogramm, das unser geschriebenes Wort per Laser oder Tinte auf Papier presst. Bloß sind beim 3-D-Druck die digitalen Vorlagen dreidimensionale Computermodelle. Man kann sie entweder als Vorlage aus dem Internet herunterladen oder mit entsprechendem Know-how selbst designen. In der Industrie und Forschung werden auch ganze Objekte eingescannt und anschließend 3-D-kopiert. Will man sich beispielsweise selbst als Miniaturfigur in 3-D betrachten, kann man bei professionellen Anbietern einen Ganzkörperscan anfertigen lassen. Die Ergebnisse sind täuschend echt und präzise gefertigt.
Aber nun zum Druck: Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Verfahren. Bei dem einen wird Kunststoff verflüssigt, bei dem anderen Verfahren wird Pulver verfestigt. Gängige 3-D-Drucker für den Hausgebrauch setzen mehrere dünne Schichten aus erhitztem Rohmaterial übereinander, ähnlich wie eine Heißklebepistole. Dabei lassen sich verschiedenste Arten von Füllmassen verwenden, zum Beispiel Plastikdraht, der auf einer Spule aufgewickelt über einen Antriebsmotor in den Drucker geleitet wird. Der Plastikdraht wird erhitzt und anhand des digitalen Bauplans mit einer Düse mehr als millimetergenau auf dem Druckbett aufgeschichtet. Nachdem die Form erkaltet ist, erhält man ein exaktes, Schicht für Schicht gebautes, räumliches Abbild des digitalen Designs. Je nach Materialqualität muss man dieses noch etwas von Resten säubern, damit es voll zur Geltung kommt.
Auch bei uns zu Hause können wir mit 3-D-Druckern faszinierende Dinge bauen. Tüftlern aus dem Hobbybereich bieten 3-D-Drucker allerhand Optionen für eigene Kunstwerke und plastische Spielereien. Mit passenden Dateivorlagen kann man über wenige Klicks eigene Kreationen vom Bildschirm ins eigene Wohnzimmer transportieren. Speziell bei Miniaturobjekten kann man sich hier austoben: Von Spielfiguren und Modellbauteilen über Halterungen, bis hin zu schmucken Deko-Elementen lässt sich im Kleinformat alles Mögliche drucken. Vorausgesetzt, man hat Geduld, denn allzu schnell sind auch die modernen „Wundermaschinen“ nicht. Kreative, witzige und praktische Druckvorlagen zum Download findet man ganz leicht im Internet. Mit passendem Programm und entsprechender Drucker-Hardware gestaltet man dann im Handumdrehen eigene Accessoires und Produkte für den Privatgebrauch.
Waschechten Technikfreaks bieten einige Hersteller sogar schon 3-D-Drucker-Bausätze für wenige Hundert Euro an. Hier sind, neben ausreichender Modellbauerfahrung, vor allem viel Geduld, hohe Maßgenauigkeit, Fingerfertigkeit und natürlich entsprechendes Werkzeug, wie Lötkolben und Lötzange, gefragt. Wer also genug Ahnung von Handwerk und Elektrotechnik hat, kann den Do-it-yourself-Versuch machen. Für etwas mehr Geld kann man sich im Fachhandel jedoch auch gebrauchsfertige 3-D-Drucker kaufen und sofort loslegen. Ich möchte eine Kaffeetasse, ein Portemonnaie, einen Lampenschirm oder einen Smartphonehalter selbst designen? Mit dem 3-D-Drucker sind solche kreativen Spielereien auch zu Hause kein Problem mehr.
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Für den Privatbereich sind wegen der geringen Kosten und einfachen Handhabung meist Kunststoffe für den Druck beliebt. Der industrielle 3-D-Druck hingegen hat mehr Möglichkeiten und setzt verschiedenste Rohmaterialien wie Metall, keramische Werkstoffe oder Mineralien ein. Die Bandbreite an Branchen, die heutzutage mit 3-D-Drucken arbeiten, spricht für sich: Automobilindustrie, Maschinenbau, Medizin, Luftfahrt, sogar Museen und Gastronomie. Hier produziert man Dinge wie Skulpturen, Miniaturmodelle, medizinische Implantate, winzige Metallgetriebe und Werkzeuge. Das spart Ressourcen und bares Geld.
Was 3-D-Druck mittlerweile hervorzaubern kann, ist beachtlich. Dabei entwickelt sich das Verfahren in einigen Bereichen auch zum Trendsetter. „Food-Printing“ belebt zurzeit die Restaurantszene mit 3-D-Skulpturen aus Schokolade, Marzipan, Pasta oder Kartoffelbrei, die im flüssigen Zustand ausgedruckt und als kulinarische Kunstwerke serviert werden. 3-D-Drucker können aber auch komplexe Teile wie orthopädische Prothesen oder Werkzeuge preisgünstig ausdrucken. In China kommen sogar schon die ersten Betoneinzelteile zum Bau von Einfamilienhäusern aus dem Drucker – mithilfe einer sechs Meter hohen Riesenmaschine, die recycelten Bauschutt verarbeitet. Die wachsenden Möglichkeiten der 3-D-Druck-Industrie geben echten Anlass zum Staunen.
Beim 3-D-Druck, so scheint es, sind dem menschlichen Erfindergeist kaum Grenzen gesetzt. In der Theorie lässt sich so ziemlich alles erschaffen, selbst Teile, die es bislang noch nicht gibt. Das zeigt auch die Forschung: In den USA fanden bereits erste Experimente zum Ausdruck genetischer „Bauteile“ wie Moleküle und Proteine statt. Auch an umweltfreundlichen Autoreifen aus dem Drucker, die ohne Luft und Felgen auskommen, wird derzeit geforscht. In Kanada werden sogar sich selbst reproduzierende 3-D-Drucker entwickelt, die bald auf fernen Planeten ganze funktionale Maschinen herstellen sollen. Doch bei allen Wunderwerken, die heutige Drucker vollbringen, können sie noch lange nicht alles. In puncto Auflösung, Material, Geschwindigkeit und Massenanfertigung sind dem Druck noch Grenzen gesetzt, und das nicht nur im Hobbybereich. Obwohl sich mit dem 3-D-Druck komplexe Kreationen, Kopien und Unikate herstellen lassen – bis wir uns maßgeschneiderte Sportschuhe, einen Geländewagen oder ein neues Herz einfach ausdrucken können, werden wohl noch Jahrzehnte der Forschung und Entwicklung vergehen müssen. Dass sich der 3-D-Druck jedoch innerhalb von etwa 30 Jahren so weit entwickelt hat, ist in der Tat ein kleines Technikwunder, das bis in unsere Hobbyräume vorgedrungen ist.
Matthias Hausmann • 15. November 2024
Matthias Hausmann • 4. Oktober 2024
