Conrad | 3D-Druck

l. Einleitung 1.1 Geschichte des 3D-Drucks Bereits in der 1966 gestarteten Science-Fiction Fernsehserie Raumschiff Enterprise (engl. Star Trek) wa– ren sogenannte Replikatoren an Bord im Einsatz. Auf sprachliche Anweisung konnten computergesteu– ert Speisen und Getränke hergestellt werden. Echte Repliken bzw. Objekte herzustellen ist somit keine neue Idee, aber eine ziemlich geniale. 3D-Drucken gehört zu den Fertigungsverfahren, die unter dem Oberbegriff Urformen 1 zusammengefasst werden. Demnach wird aus einem formlosen Stoff, z.B. aus flüssigem Material, ein fester Körper herge– stellt. Schon lange verwenden Konstrukteure Computer Aided Design (CAD), um anstatt mit Bleistift oder Tusche auf einem Reißbrett, auf dem Bildschirm Objekte zu entwerfen. Naheliegend ist damit der Wunsch, diese Entwürfe auch 3-dimensional real werden zu lassen. 3 Raumachsen, elektrisch angesteu– erte Linearachsen, ermöglichen es. Das klingt vom Prinzip her simpel, aber ohne Computer wäre 3D– Drucken nicht möglich, bzw. unglaublich komplex. Im Endeffekt muss ein räumliches Objekt zuerst virtuell geometrisch beschrieben bzw. definiert werden. Bei einem Würfel ist das noch recht einfach, aber komplexe Gebilde brauchen Computer mit schnellen Prozessoren und ausreichend großem Ar– beitsspeicher, eine Grafikkarte und einen Monitor. Auch das ist ein wesentlicher Grund, warum die Entwicklung brauchbarer 3D-Drucker erst mit leistungsfähigen PCs möglich wurde. Zu Beginn der 80er Jahre erfand Chuck Hull2 das Fertigungsverfahren Stereolithographie und legte somit den Grundstein für das heute als 3D-Drucken bekannte additive Fertigungsverfahren. In den letzten 30 Jahren entwickelten sich zahlreiche verschiedene Varianten dieses Verfahrens und es dauerte ebenfalls über 30 Jahre bis diese Technologien wirklich praxistauglich und mit erschwinglichen Geräten marktreif wurden. Vielleicht war es wie beim Fliegen, indem man die Natur beobachtete und versuchte diese nachzuah– men: Spinnennetze sind wahre Kunstwerke der räumlichen Gestaltung. Dabei faszinieren sowohl die Fähigkeiten der kleinen Tiere, als auch die Eigenschaften des gesponnen Fadens selbst: dünn, elastisch, klebend und doch mechanisch belastbar. So wurde und wird einerseits Kleb- und Farbstoff in feines Gipspulver eingespritzt, um farbige Objekte zu erzeugen, andererseits das Extrusionsverfahren variiert, oder feinstes Metallpulver mit einem Laser Schicht für Schicht aufgeschmolzen. Beim Verfahren der Stereolithographie von Chuck Hull wird ein Harz (engl. Resin) durch den Einsatz von UV-Licht ausgehär– tet. Diese Technik war bis zu Beginn der 2000er Jahre nur in der Industrie und Forschung im Einsatz, da die Geräte noch sehr teuer und die Betriebskosten hoch waren. Anfang der 2000er veröffentlichte Adrian Bowyer 3 seinen Bauplan eines sich selbst replizierenden 3D-Druckers, genannt RepRap (Repli– cating Rapid Prototyper), der Open Source Philosophie folgend. Unter der GNU (General Public License) war es so jedem möglich sich seinen eigenen 3D-Drucker zu bauen. Grundlage ist das heute häufigste Verfahren des 3D-Druckens, die sogenannte Schmelzschichtung (engl. Fused Deposition Modeling, ab– gekürzt FDM, oder auch Fused Filament Fabrication, abgekürzt FFF). 3D-Drucker wurden über die Jahre qualitativ und hinsichtlich ihrer Druckergebnisse ständig verbessert. So ist es seit 2014 möglich, mehrere verschiedene Filamente in einem Druck zu kombinieren. Dual- Otto l(ienzle ein deutscher Ingenieur, Fertigungsplaner und Hochschullehrer verwendete den Begriff Urfor– men 1948 zum ersten Mal. 2 Charles W. (Chuck) Hull, geb. 1939 in Clifton, Colorado, USA, Gründer von 3D-Systems 3 Adrian Bowyer, geb. 1952, englischer Ingenieur und Mathematiker © Conrad Electronic SE