Wundermaschine 3D-Drucker – Alternative Verfahrenstechnik erspart Zeit

3D-Drucker könnten die Einzel- sowie Massenproduktion in Zukunft revolutionieren. Bildquelle: © fotofabrika / Fotolia

Für Befürworter ist der 3D-Drucker die Herstellungsform der Zukunft, für Kritiker ist der Hype nur eine heiße Blase, die bald zu platzen droht. Doch ein 3D-Drucker ermöglicht die Produktion von kleinsten Ersatzteilchen bis hin zu größten Bausteinen. Seien es Spielfiguren, Lebensmittel oder gar funktionierende Organe, die den Medizinsektor revolutionieren können, die Möglichkeiten der 3D-Drucker scheinen unbegrenzt. Ein noch in den Kinderschuhen steckendes neues Verfahren, welches die Produktionsdauer enorm verkürzt, hebt die neuste Generation der 3D-Drucker auf eine andere Ebene.

Wie funktioniert eigentlich ein 3D-Drucker?

3D-Drucker arbeiten mit der sogenannten additiven Fertigungstechnik und errichten dreidimensionale Objekte. Dadurch grenzt der 3D-Druck sich zu herkömmlichen Herstellungsvarianten wie Bohren oder Schneiden ab, die auf subtraktiven Techniken beruhen.

Bei der Herstellung wird das jeweils benötigte Material erhitzt, bis es in flüssiger Form vorhanden ist, und dann in vielen dünnen Schichten in der Form des Objektes aufgetragen und ausgehärtet. Eine heiße Düse trägt das Material in feinster Form auf und ermöglicht so auch die Erzeugung feinster Details.

So wird das Objekt Schicht für Schicht dargestellt. In der Regel wird Kunststoff oder Plastik als Material verwendet, aber sogar Lebensmittel wie beispielsweise Schokolade können so in besonderen Formen produziert werden.

Verschiedene Varianten beim 3D-Druck

Neben der Herstellungstechnik mit einer heißen Düse gibt es noch weitere Varianten, mit denen ein 3D-Drucker Objekte herstellen kann. Da wäre zum Beispiel der Pulverdruck. Bei dieser Technik kommt die Herstellung, im Gegensatz zu den meisten Prozessen der Düsenvariante, komplett ohne Stützmaterial aus. Feinstes Pulver wird vom Druckknopf aufgetragen, miteinander verklebt und ausgehärtet. Die Oberfläche des Objektes ist nach der Produktion allerdings oftmals sehr rau.

Eine weitere etwas speziellere Methode ist das PolyJet-Verfahren, bei dem Tröpfchen aus Kunstharz gedruckt und unmittelbar danach durch UV-Licht ausgehärtet werden. Mit dieser Technik lassen sich durch die Verwendung mehrerer Düsen auch Objekte aus verschiedenen Materialien herstellen.

Ein neuartiges Verfahren aus den USA scheint hingegen den 3D-Druck zu revolutionieren, da es im Gegensatz zu den bereits bekannten Varianten deutlich weniger Zeit in Anspruch nimmt.

Weiterentwicklung der 3D-Drucker – neues Verfahren erspart Produktionszeit

Zeit ist Geld – das wusste schon der amerikanische Politiker und Schriftsteller Benjamin Franklin. Wenn die unglaublichen Möglichkeiten von 3D-Druckern also von etwas eingeschränkt werden, dann ist es die verhältnismäßig lange Herstellungszeit. Schon ein kleines Objekt von wenigen Zentimetern Größe kann, je nach Detailgenauigkeit, einige Stunden für die Herstellung in Anspruch nehmen.

In Vancouver wurde während der Konferenz „TED 2015“ das erste Mal eine neue Drucktechnik für 3D-Drucker vorgestellt, die den Herstellungsprozess von Stunden auf Minuten verkürzt. Bisherige 3D-Drucker erstellen das gewünschte Objekt Schicht für Schicht, wobei jede einzelne Schicht ausgehärtet werden muss, was einen entsprechenden Zeitaufwand benötigt.

Das neue Verfahren mit dem Namen CLIP (Continuous Liquid Interface Production) hingegen nutzt für den Herstellungsprozess die sogenannte Photopolymerisation. Bei dieser Technik wird mit Hilfe von Sauerstoff und UV-Licht der Prozess enorm beschleunigt. Aus einem Becken mit dem Material wird das Objekt scheinbar kopfüber herausgezogen. Hierfür sind folgende Prozesse verantwortlich:

  • UV-Licht trifft von unten auf eine Flüssigkeit aus Monomeren und zeichnet ein Muster, welches als Vorlage für das herzustellende Produkt dient
  • Durch die Bestrahlung erfolgt die Polymerisation in den „gekennzeichneten“ Bereichen, bei der sich die Moleküle zu langen Ketten verbinden
  • Damit beim langsamen Herausziehen aus dem Flüssigkeitsbecken nur die Bereiche des bestrahlten Musters aushärten, wird in die sogenannten „toten Zonen“ flüssiger Sauerstoff eingeführt.

Die ausgehärtete Flüssigkeitsschicht ist äußerst dünn und ermöglicht so eine hohe Auflösung und die Schaffung kleinster Details. Der gesamte Prozess erfolgt in einer viel kürzeren Herstellungszeit als das bisherige Schicht-für-Schicht-Verfahren. Die Erfinder des neuartigen Verfahrens arbeiten zum größten Teil bei der im Silicon Valley ansässigen Firma Carbon3D und versprechen sich mit der neuen Methode eine weitere Revolution auf dem Markt der 3D-Drucker.

Zukunftsaussichten der 3D-Drucker

3D-Druck wird nicht nur die Machtverhältnisse in der industriellen Fertigung neu definieren, sondern die Wirtschaftswelt als Ganzes erschüttern.

Neil Gershenfeld, Professor am Massachusetts Institute of Technology (MIT)


3D-Drucker sind in den letzten Jahren in den Fokus der breiten Öffentlichkeit gerückt. Print-Medien sowie Internet-Magazine berichten immer öfter über die neue Herstellungstechnik. Zudem sind die neuartigen Drucker für den Privatgebrauch erschwingbar geworden.

Wissenschaftler weltweit bewerten zudem die durch 3D-Druck veränderbaren Produktionsverhältnisse oftmals als revolutionär. 3D-Drucker scheinen mit ihren unzähligen Möglichkeiten ein Versprechen für die Zukunft, aber sie birgen auch eine Menge Gefahrenpotenzial. Ihre Fähigkeiten können schnell missbraucht werden. Es gilt daher abzuwägen:

Pro Contra
Just-in-Time-Produktion spart die Lagerkosten ein Unzählige Arbeitsplätze entfallen
Transport- und Logistikkosten entfallen, da statt globaler Massenproduktion lokale Einzelfertigung gefragt ist Nahezu gänzlich entfallende Exporte stellen das globalisierte Wirtschafts- und Handelsystem auf den Kopf
Maschinelle und medizinische Ersatzteile können jederzeit und kurzfristig hergestellt werden Missbrauch der 3D-Drucker zur Herstellung von Waffen kann schwer kontrolliert werden
Wie können die 3D-Drucker also abschließend bewertet werden? 3D-Drucker bieten eine unglaubliche Vielfalt an Produktionsmöglichkeiten und trumpfen speziell bei individualisierten Anfertigungen auf. Besonders im Bereich der Medizin kann das Verfahren eine regelrechte Revolution auslösen.

Hinsichtlich der Massenfertigung ist allerdings noch einiges an Forschung und Entwicklung gefragt. Herkömmliche Herstellungsverfahren in einem ausgeklügelten globalisierten Wirtschaftssystem sind dem individuellen 3D-Druck noch einiges voraus. Dennoch erscheint in Zukunft eine dritte industrielle Revolution durch weiterentwickelte 3D-Drucker nicht gänzlich absurd. Die Zukunft wird es zeigen.

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