Faszination in 3D

(H)ausgedruckt

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Nicht nur zu Hause ausdrucken, sondern gleich ein ganzes Haus drucken – das ist nicht mehr Science Fiction, sondern Realität. Möglich macht´s ein hochentwickeltes 3D-Druckverfahren, in dem einzelne Klebstoff- und Pulverschichten aufeinander gefügt werden.

Die Vorstellung, Produkte einfach zu Hause replizieren zu können, fasziniert viele Menschen. Experten sehen in dem Trend großes Potenzial und manche sogar die nächste industrielle Revolution. Während zuletzt die Fließbandarbeit zur preisgünstigen Massenfabrikation führte, ermöglicht der 3D-Druck das genaue Gegenteil: die Herstellung individueller Produkte in Kleinserien – und damit in Kleinstfabriken – oder sogar bei den Konsumenten zu Hause. Einige Hersteller bieten bereits Printer für den Privatgebrauch an, die mit Hilfe von Klebstoff und Pulver oder geschmolzenem Kunststoff dreidimensionale Objekte schaffen. Es gibt verschiedene Verfahrensweisen, von denen wir drei näher vorstellen.

Einführung in den 3D-Druck

Grundlage für das 3D-Drucken, auch Rapid Prototyping oder Fabbing genannt, sind am Computer entwickelte dreidimensionale Modelle. Ein Programm zerlegt ihre Daten in einzelne zweidimensionale-Schichten, die der Printer anschließend Lage für Lage aufeinander „druckt“– im Prinzip wie bei einem herkömmlichen Tintenstrahlgerät. Als Werkstoffe lassen sich verschiedene Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und sogar Metalle verwenden. Weltweit sind mehr als 30 verschiedene Verfahren des Rapid Prototyping bekannt, die zu der Entwicklung von rund 100 kommerziell angebotenen Maschinen führten.
Von den vielen verschiedenen Methoden der dreidimensionalen Modellerstellung hat Anfang 2014 das „Fused Deposition Modeling“ (FDM) besonders auf sich aufmerksam gemacht. Mithilfe dieses Verfahrens wurde in Amsterdam ein ganzes Haus in Originalgröße gedruckt. Der überdimensionale Printer kann Objekte mit einem Umfang von bis zu 2 Metern Breite, 2 Metern Länge und 3,5 Metern Höhe herstellen.

Lage für Lage zum 3D-Modell

Als Basis der einzelnen Werkstücke dient flüssiges Kunststoff- oder Wachsmaterial. Ähnlich wie bei einer beweglichen Heißklebepistole erhitzt die Düse einen Kunststoffdraht bis zu seinem Schmelzpunkt. Während des Auftrags der ersten Schicht auf das Druckbett bewegt sich entweder der Druckkopf oder die darunterliegende Plattform. So erzeugt die Düse eine sich rasch verfestigende Linie aus geschmolzenem Kunststoff auf der Basisplatte. Die Temperatur muss dabei so eingestellt sein, dass zwei nebeneinanderliegende Linien miteinander verschmelzen. Für die weiteren Ebenen bewegt sich die Düse automatisch einen kleinen Schritt nach oben und beginnt mit dem Aufbau der nächsten 2D-Schicht. So entsteht Lage für Lage das 3D-Modell. Moderne FDM-Maschinen können zwei unterschiedliche Materialien zur selben Zeit auftragen. Das eine Material ist das eigentliche Modell, während das andere als Stützstruktur dient – das ist nötig, um auch überhängende Teile am Modell realisieren zu können. Das unterstützende Material lässt sich am Ende einfach wieder entfernen.

Medizinische Implantate aus dem 3D-Drucker

Beeindruckende Möglichkeiten bietet auch das 3DP-Verfahren. Diese Vorgehensweise funktioniert ähnlich wie das FDM, mit dem Unterschied, dass die einzelnen Schichten aus feinem Pulver und Klebstoff entstehen. Der unterste Layer ist eine Pulverschicht auf dem Druckbett, auf die der Grundstock aus Klebstoff aufgetragen wird. Eine Rakel legt die frische, sehr feine Pulverschicht über das erste Bild. Der Vorgang wiederholt sich so lange, bis das 3D-Modell fertig ist. Nach jedem neuen Layer wandert das Pulverbett ein kleines Stück nach unten. Um eine möglichst hohe Stabilität sicherzustellen, ist die Materialmenge so berechnet, dass sich die einzelnen Schichten auch miteinander verbinden. Im Vergleich zum FDM-Verfahren lassen sich beim 3DP-Druck auch ohne zweites Material überhängende Strukturen problemlos realisieren, denn das überflüssige Pulver wird erst am Ende des Fertigungsprozesses entfernt und dient solange als Stützstruktur. Spannende Lösungen könnte die Technik insbesondere für medizinische Zwecke bieten. So ließen sich beispielsweise noch während einer Operation passgenaue Implantate aus Keramikpulver und Klebstoff als Knochenersatz herstellen. Dabei sind mit 3D-Druckern gefertigte Teile für die Medizin nicht mehr ganz neu. Schon seit einigen Jahren kommen sie zur Erstellung von Kieferprothesen zum Einsatz.
Und wer weiß, vielleicht können wir unseren sicherheitshalber abgeschlossenen Bausparvertrag in naher Zukunft guten Gewissens auflösen und uns das Eigenheim einfach selbst ausdrucken.

Titelfoto: © 3D Print Canal House