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Technologie und Gesellschaft

3D-Drucker

Ob in der Industrie, in der Kunst, in der Forschung, zuhause, im Unterhaltungsbereich - 3D-Drucker kommen in immer mehr Bereichen zum Einsatz. Sie stehen in ihrer Entwicklung erst am Anfang und werfen schon Fragen zu Nachhaltigkeit, Ethik, möglichem Missbrauch und vielen weiteren Themen auf.

Weitere Informationen zum Thema 3D-Drucker

3D-Drucker sind in der Lage, dreidimensionale Werkstücke schichtweise aufzubauen. Das erfolgt computergesteuert, als Rohstoffe dienen flüssige oder feste Werkstoffe. Die Steuerung der 3D-Drucker, die es inzwischen längst auch für Privatanwender gibt, entspricht der des 3D-CAD-Verfahrens. Die Industrie setzte dementsprechend schon früher 3D-Drucker für die Fertigung von Prototypen und Kleinserien ein. Physikalisch-chemisch bewirken 3D-Drucker Schmelz- und Härtungsprozesse der typischen Werkstoffe wie Kunststoffe und -harze, Metalle und Keramiken.

3D-Drucker kommen wie erwähnt in der Industrie, sehr oft in der Forschung, in der Kunst sowie im Unterhaltungs- und Heimbereich zum Einsatz. Das Fertigungsverfahren heißt “generativ”, weil der Aufbau der Werkstücke additiv - Schicht um Schicht - erfolgt. Es gibt verschiedene Technologien, mit denen 3D-Drucker arbeiten können. Die wichtigsten dieser Technologien sind das Elektronenstrahlschmelzen, das selektive Laserschmelzen (beides für Metalle), das selektive Lasersintern (Keramik, Polymere und Metalle), Digital Light Processing und Stereolithografie (flüssige Kunstharze) sowie Polyjet-Modeling und Fused Deposition Modeling (Kunststoffe und -harze). Damit bilden 3D-Drucker eine eigene Maschinengruppe innerhalb der Klasse der digitalen Fabrikatoren als aufbauende (anhäufende) Fabrikatoren.

3D-Drucker nutzten Hersteller von militärischen Gütern schon in den frühen 1980er Jahren. Sie bauten damit Prototypen und Modelle sowie Werkstücke in geringen Stückzahlen. Ein prominentes Beispiel ist der von Boeing produzierte Kampfjet F-18 Hornet, dessen Lasersinterteile per 3D-Druck gefertigt wurden. Das Flugzeug wurde 1983 in den Dienst gestellt. Es gab stets andere Technologien, mit denen die Bauteile ebenfalls gefertigt werden konnten, doch die 3D-Drucker wiesen einige grundlegende Vorteile auf und setzten sich daher allmählich in der Breite durch. Schließlich wurden die angewendeten Technologien und die 3D-Drucker so effizient, dass sie in der Industrie für Serienproduktionen und darüber hinaus in anderen Bereichen zum Einsatz kamen. Für Privatanwender gibt es sie noch nicht sehr lange, erst etwa ab 2012 sanken die Preise auf ein erträgliches Niveau, das auch für Hobbybastler interessant ist.

Ein traditionelleres Verfahren, das zu ähnlichen Ergebnissen führen kann, wäre das Spritzgussverfahren, doch hierbei sind Formen anzufertigen und zu wechseln, außerdem muss das fertige Stück noch endbearbeitet werden (in der Regel Entgraten). Zudem gibt es die große Klasse der Material abtragenden Verfahren (Drehen, Schneiden, Bohren), die alle mit Materialverlust behaftet sind. Außerdem sind sie für wirklich filigrane Werkstücke aus einem Guss nur sehr schwer einzusetzen. Auch ist 3D-Druck energetisch vorteilhaft, denn das Werkstück wird nur einmal aufgebaut und verfügt dann über die benötigte Größe und Masse. Zudem sind die feinen Differenzierungen im 3D-Druck sehr interessant, denn mit Kunstharzen gelingen inzwischen Genauigkeiten im Mikrometer-Bereich.

Für Architekturmodelle kommen heute regelmäßig 3D-Drucker zum Einsatz, das private Raumfahrtunternehmen SpaceX setzt sie sogar für die Produktion von Kleintriebwerken ein, zahllose Mittelständler fertigen damit Kleinserien und einzelne Bauteile. Privatanwender können Teile nachbauen, die es als Ersatzteil kaum zu kaufen gibt, sie können sich Spielzeuge und leider auch Waffen mit ihrem 3D-Drucker herstellen. Die Baupläne gibt es kostenlos oder kostenpflichtig im Internet. Im Privatbereich setzt man in der Regel Kunststoffe ein, welche etwas bessere 3D-Drucker in unterschiedlichen Farben und Härtegraden simultan verarbeiten können. Das ermöglicht es, in einem Arbeitsgang ein komplexes Werkstück mit dem 3D-Drucker anzufertigen. Die Entwicklung der 3D-Drucker verläuft rasant und steht nach Expertenmeinung erst am Anfang.