Computerhardware: Drucker: 3D-Drucker

3D-Drucker

Mit 3D-Druckern kann man dreidimensionale Werkstücke im Schichtaufbauverfahren in den kompliziertesten Formen herstellen. Dabei können sehr verschiedene Materialien verwendet werden: von Gips über Plaste und Keramik bis Metall, von Gold bis Schokolade. Auch organische Materialien können gedruckt werden, sogar Lebensmittel. Mit dem Druck von Implantaten wie Knochen, Ohren und Organen (Leber) wird experimentiert. Einige von vielen aktuellen Technologien werden hier kurz vorgestellt.

Beim Multi Jet Modeling erzeugt ein Druckkopf mit mehreren Düsen winzige Tröpfchen, ähnlich wie bei einem Tintendrucker. Eine Druckauflösung von mehr als 450 dpi ist möglich. Die Tröpfchen werden mit ultraviolettem Licht ausgehärtet, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. Bei einer anderen Variante des Multi Jet Modeling wird Klebstoff gesprüht und damit Glas- oder Metallpulver zusammengeklebt. Gerichtsmediziner erzeugen damit Gipsmodelle von Gesichtsrekonstruktionen.

Bei der Stereolithografie wird ein flüssiger lichtempfindlicher Kunststoff (z. B. Epoxidharz) benutzt. Wo er von einem Laser getroffen wird, härtet der Kunststoff aus. Dabei entsteht eine 0,001 bis 0,25 mm dünne Schicht. Das Werkstück wird um den Betrag der Schichtdicke in das Kunststoffbad abgesenkt und der Laser härtet die nächste Schicht aus.

Das Laser-Sintern, das Selektive Laserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen sind prinzipiell ähnlich: Ein Plaste-, Keramik- oder Metallpulver wird einige Mikrometer „dick“ auf eine Arbeitsplattform aufgebracht und von einem Laser eingesintert oder eingeschmolzen. Die Arbeitsplattform wird abgesenkt, mit der nächsten Pulverschicht bestreut und eine weitere Schicht aufgeschmolzen. Mit diesem Verfahren werden beispielsweise Zahnprothesen hergestellt.

Der 3D-Druck hat einige große Vorteile:

• Es sind hochkomplizierte Teile herstellbar, die mit klassischen Verfahren kaum oder gar nicht herstellbar sind.
• Ähnlich wie beim Mehrfarbdruck können auch verschiedene Materialien oder Farben kombiniert werden, z. B. Metall-Keramik-Verbindungen.
• Im Unterschied zu Gußteilen brauchen keine Formen hergestellt werden, und die Oberfläche muss nicht nachbearbeitet werden. Im Unterschied zu Zerspanungsverfahren gibt es keine Materialverluste. Außer dem Drucker wird kein großer Maschinenpark benötigt. Dadurch ist 3D-Druck in manchen Fällen rentabler als klassische Bearbeitungsverfahren.
• Muster und Modelle können in kurzer Zeit hergestellt werden.
• Kleinserien können effektiv hergestellt werden, ohne dass eine Produktionslinie gebaut werden muss. Boeing beispielsweise fertigt Teile für Kampfjets mit 3D-Druckern, und die Raumfahrtfirma SpaceX „druckt“ Raketentriebwerke. Die NASA hat einen 3D-Drucker für Raumstationen und -fahrzeuge in Auftrag gegeben.
• Es sind filigrane Strukturen herstellbar, und auch die Dichte und Härte des Werkstücks lässt sich regeln. Es können Leichtbau-Werkstücke produziert werden, die außen hart und glatt und innen wabenartig-porös sind.
• Ersatzteile können bei Bedarf gedruckt werden, statt auf den Lieferservice zu warten. Das senkt auch die Kosten der Lagerhaltung.
• Internetshops werden zukünftig keine Waren versenden, sondern Druckdateien. Die können Sie selbst ausdrucken oder im Paketshop ausdrucken lassen.

Einfache Drucker gibt es für wenige hundert Euro, Industriedrucker können hunderttausende Euro kosten. In Dubai hat man in 17 Tagen die Einzelteile für ein komplettes Bürogebäude einschließlich Möbel und Inneneinrichtung gedruckt. In Italien druckt man mit einem 12 Meter hohem Drucker ein ganzes Dorf. Die Niedrigenergiehäuser sind sehr preiswert herstellbar. Chinesen haben eine zweistöckige erdbebensichere Villa gedruckt: Schichtweise aus Beton, „aus einem Guss“. Die NASA will die Ziegelsteine für eine Mondstation mit einem 3D-Drucker herstellen.