Was ist was im 3D-Druck?

Kleinster gemeinsamer Nenner ist wohl das Ziel, individuelle Prototypen und Produkte mit möglichst geringem Aufwand und möglichst hoher Energie- und Materialeffizienz sowie maximaler Designfreiheit herzustellen. Das geht nur mit additiver Fertigung, also mit dem Aufbau von Werkstücken aus formlosen Rohstoffen anstatt dem Herausarbeiten aus Halbzeugen, wie es etwa beim Fräsen geschieht.

Diese Begriffe sollten Sie kennen

Andere Ziele muten geradezu utopisch an: Das "Drucken" von Hautschichten, Skelettteilen oder gar von Organen oder die synthetische Herstellung fleischähnlicher Nahrungsmittel aus dem 3D-Drucker.

Solche Visionen, zusammen mit eher bodenständigen Effizienz- und Individualitätserwartungen verhelfen dem 3D-Druck zu einer wohl recht gloriosen Perspektive. Und was verbirgt sich dahinter? Wir erläutern wichtige Schlüsselbegriffe.

2 Print Beta

2 Print Beta ist ein Druckerhersteller und 3D-Druck-Dienstleister aus Konstanz. Zum Angebot des Unternehmens gehören neben 3D-Komplettsystemen ("Printupy"-Drucker mit einem oder zwei Druckköpfen) und -Bausätzen auch Services vom Scan bis hin zur Produktion von Kleinserien.

3D Systems

3 D Systems ist ein Druckerhersteller aus South Carolina, der Drucker für Privatanwender, den Profibereich und für Produktionszwecke anbietet, dazu 3D-Software. Produkte und Services des Unternehmens werden zum Beispiel in der Architektur der Luft- und Raumfahrtindustrie, im Automobilsektor und in der Rüstungsindustrie eingesetzt. - Nach eigener Darstellung hat das Unternehmen den 3D-Druck erfunden.

ABS-Kunststoff

ABS-Kunstsoff (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat) ist ein Polymer, das von vielen 3D-Druckern als Grundstoff für Werkstücke verwendet wird. Es ist weniger spröde als PLA und deshalb besonders geeignet zur Herstellung haltbarer Werkstücke mit hoher Hitzebeständigkeit. Deren Oberfläche kann mit Aceton zur Glättung nachbehandelt werden.

Additive Fertigung

Additive oder generative Fertigung bezeichnet die Herstellung von Gegenständen und Werkstücken aus formlosen Rohstoffen, etwa Flüssigkeiten oder geschmolzenen Kunststoffen. Aus diesen Rohstoffen werden die Werkstücke verlustfrei aufgebaut. Im 3D-Druck geschieht das mithilfe von Extrudern, meist Schicht für Schicht von unten nach oben. Das neuartige AOM-Verfahren soll jedoch auch frei schwebende Konstruktionen ermöglichen.

Amazon 3-D Printing Store

Im Juli 2014 hat Amazon sein Portfolio um einen Shop für 3D-Druckerzeugnisse erweitert. Dabei handelt es sich um Güter, die hinsichtlich Größe, Farbe, Material und Aussehen an individuelle Wünsche angepasst werden können, zum Beispiel Schmuck, Spielzeuge und Dekoartikel, aber auch Elektronikartikel und Küchengeräte.

Anti Gravity Modeling (AOM)

AOM ist ein neuartiges generatives Herstellungserfahren, bei dem Werkstücke nicht schichtweise auf einer waagerechten Oberfläche aufgebaut werden wie im herkömmlichen 3D-Druck üblich. Stattdessen werden mithilfe eines Roboterarms Stränge von geschmolzenen Polymerkunststoffen erzeugt, die im Moment des Austritts aus einer Düse aushärten. So sind selbst waagerechte Stränge, die an einer senkrechten Fläche haften, herstellbar, ohne dass das Material der Schwerkraft folgt und durchhängt. Durch Bewegungen des Roboterarms in jede Richtung lassen sich Stränge mit beliebigem Verlauf erzeugen. Überhänge oder Auskragungen brauchen nicht mittels Hilfskonstruktionen abgestützt zu werden, wie es bei herkömmlichen 3D-Schichtungsverfahren der Fall ist. AOM wird realisiert in "Mataerial", einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) aus Barcelona und des Joris Laarman Lab aus Amsterdam.

Bioprinter

Bioprinter dienen dem Erzeugen organischer Strukturen für medizinische beziehungsweise biologische Anwendungsfelder und der Lebensmittelerzeugung. Diese 3D-Drucker-Variante wird jedoch bisher kaum hergestellt und eingesetzt; lediglich das Unternehmen Organovo bietet ein Modell an. Organische Gele, meist in Tropfenform, werden mithilfe von Extrudern in die Form von Geweben gespritzt. Anders als herkömmliche 3D-Drucker benötigen Bioprinter eine Temperaturregelung, um die lebende Zellen enthaltenden Rohstoffe in lebensfähigen Temperaturbereichen zu halten. Im medizinischen Bereich gehen die Anwendungsvisionen bis hin zum Erzeugen von künstlichen Organen, in der Biologie zur Herstellung ganzer Lebewesen. Essbares Fleisch aus dem 3D-Drucker konnte nach Angaben des Unternehmens Modern Meadow bereits hergestellt werden.

Concept Laser

Die Concept Laser GmbH aus dem fränkischen Lichtenfels bietet Anlagen für SLM samt Beratung. Die verwendete Technologie basiert auf dem patentierten "Laser-Cusing"-Verfahren, das gänzlich rückstandsfrei und darum besonders umweltfreundlich sein soll.

Designfreiheit

Designfreiheit im Produktdesign bezeichnet die Möglichkeit, eigene Vorstellungen vom Aussehen eines Gegenstandes umzusetzen, ohne sich an Standard- oder andere Vorgaben halten zu müssen. 3D-Druck gilt insofern als Prinzip mit maximaler Designfreiheit.

Dual Extruder-Technik

3D-Drucker mit Dual-Extruder-Technik verfügen über zwei Düsen zum schichtweisen Aufspritzen von flüssigen oder geschmolzenen Werkstoffen. Sie ermöglichen größere Gestaltungsfreiheit als Single-Extruder-Geräte, etwa durch gleichzeitige Verwendung von Filamenten mit zwei Farben.

EBM (Electron Beam Melting)

EBM (auch Elektronenstrahlschmelzen) bezeichnet das schichtweise Aufschmelzen von pulverisiertem Metall zu dreidimensionalen Bauteilen mithilfe eines Elektronenstrahls. Grundlage des Schmelzprozesses sind herkömmliche 3D-Daten.

EOS

Die EOS GmbH (Electro-Optical Systems) aus dem bayerischen Krailling bei München vermarktet Anlagen, Werkstoffe und Lösungen für SLM-Anwendungen und Stereolithografie.

Extruder

Extruder sind die technischen Vorrichtungen, die das flüssige beziehungsweise geschmolzene Rohmaterial aus den Düsen von 3D-Druckern herauspressen. Sie funktionieren meist nach dem Schneckenprinzip: Eine Spirale rotiert seitendicht in einer Röhre und transportiert Material unter Druck zu einem Auslass.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Mit FDM oder Schmelzschichtung wird im Rapid Prototyping der schichtweise Aufbau von Werkstücken aus schmelzfähigen Kunststoffen bezeichnet, entweder in Strängen oder Schmelztropfen. Grundlage des Schmelzprozesses sind herkömmliche 3D-Daten.

Filament

Der Begriff Filament bezeichnet usprünglich jede Art von Faden. Im Bereich der 3D-Drucker sind damit fadenförmige Rohstoffe gemeint, die geschmolzen oder elastisch gemacht und, zumeist durch einen Extruder in Form gespritzt werden. Filamente gibt es im wesentlichen aus zwei Materialien: ABS und PLA.

i.materialise

i.materialise ist ein 3D-Druck-Online-Service. Kunden können eigene Designs hochladen, aus 17 Materialen für das Werkstück auswählen und erhalten sofort eine Preisangabe. Zusätzlich bietet das Unternehmen Hilfestellung beim Gestalten und beim Lösen von Problemen mit den Grafikdateien.

Makerbot

Makerbot ist ein 3D-Drucker-Hersteller aus New York. Das Unternehmen ging aus dem Open-Source-Projekt Reprap zur Entwicklung eines preisgünstigen 3D-Druckers hervor, der Teile seiner selbst replizieren können soll. Makerbot gehört seit 2013 zu dem 3D-Druckerhersteller Stratasys.

Mcor

Mcor Technologies ist ein 3D-Druckerhersteller aus Dublin, Irland. Die Produkte des Unternehmens verwenden handelsübliche Papierbögen, aus denen Schnittmuster für physische 3D-Modelle erzeugt werden. Die Blätter werden geschnitten und zu 3D-Modellen verklebt.

Modern Meadow

Das New Yorker Unternehmen Modern Meadow forscht im Bereich Bioprinting und der Entwicklung von Geweben mit dem Ziel, künstliches Biomaterial zum Verzehr und als Leder herzustellen.

Monolith

Der Monolith ist ein Stereolithografie-Drucker, der 2012 von dem US-Unternehmen Acme Design herausgebracht wurde und nun von Free Fab vermarktet wird Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, dass es keine bestimmten 3D-Grafikformate als Input erwartet und stattdessen einfache Grafikdateien wie .jpg oder .png verwendet.

Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion ist eine neue 3D-Drucktechnik, die HP im kommenden Jahr auf den Markt bringen will. Durch eine Kombination unterschiedlicher Mittel, die das Schmelzen ausgespritzter Materialien entweder fördern oder verhindern, durch Zuführung thermischer Energie und mit Farbzusätzen, so HP, werde die zehnfache Druckgeschwindigkeit vergleichbarer Drucker erreicht. HP nutzt als technische Basis die eigene Inkjet-Technologie.

Organovo

Das Unternehmen Organovo aus San Diego in Kalifornien entwickelt und erzeugt mit Bioprintern künstliches menschliches Gewebe. Die Vision: zerstörtes oder erkranktes Gewebe mit den künstlichen Produkten reparieren oder ersetzen.

PLA-Kunststoff

PLA (Polylactic Acid) ist neben ABS das am weitesten verbreitete Verbrauchsmaterial für 3D-Drucker. PLA ist geruchlos und wird aus Maisstärke hergestellt. Deshalb ist das Material gut für den Einsatz in lebensmittelnahen Bereichen, aber auch, in der Medizin, für biologisch abbaubare Implantate geeignet.

Rapid Prototyping

Rapid Prototyping bezeichnet die schnelle Herstellung von Prototypen aus Konstruktionsdaten (CAD). Generative beziehungsweise additive Varianten des Rapid Prototyping werden unter dem Begriff 3D-Druck zusammengefasst. Hierbei handelt es sich um Schmelzschichtungsverfahren für metallische Werkstoffe (EBM) und Kunststoff (FDM).

Selective Laser Melting (SLM)

SLM (Selektives Laserschmelzen, auch Lasersintern genannt) ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem Metallpulver mithilfe von Laserstrahlen geschmolzen und schichtweise durch Aushärten zu einem fertigen Werkstück aufgebaut wird. Das Verfahren wird angewendet, wenn besonders formbeständige Werkstücke benötigt werden.

SLM Solutions

Die SLM Solutions Group AG aus Lübeck stellt 3D-Metalldrucker her. Der Unternehmensname steht für "Selective Laser Melting"; das Unternehmen ist Inhaber dieser Wortmarke.

Stereolithografie

Stereolithografie ist eine Methode des Rapid Prototyping. Dabei werden unter Laserlicht aushärtende Kunststoffe schichtweise zu einem dreidimensionalen Körper aufgebaut. Vorlagen sind entweder CAD- oder 3D-Scan-Daten, die in die Oberflächenbeschreibungssprache STL (Surface Tesselation Language) übertragen werden.

STL (Surface Tesselation Language)

STL ist eine Sprache zur Oberflächenbeschreibung durch Triangulation, also die Beschreibung von Dreiecken, aus denen sich Oberflächen zusammensetzen. CAD-Programme verfügen üblicherweise über eine STL-Schnittstelle zum Ansteuern von 3D-Druckern.

Ultimaker

Ultimaker ist ein niederländischer Hersteller von 3D-Druckern. Wie Makerbot ging auch Ultimaker aus einem Workshop im Rahmen des Reprap-Projekts hervor. Im Unterschied zu den Makerbot-Aktivitäten geht es bei Ultimaker jedoch nicht um Selbstreplikation, sondern um kommerziellen 3D-Druckerverkauf.

Voxel

Der Begriff Voxel (Schachtelwort aus volumetrisch und Pixel) bezeichnet die 3D- Analogie zu einem Pixel, ist also ein in Ausdehnung und Position dreidimensional beschriebener Bildpunkt.