Drucker der nächsten Dimension: So funktionieren 3D-Drucker

1. Blick zurück: Die Anfänge des 3D-Drucks
2. 3D-Druck daheim: Gestalten mit Schokolade oder Wachs
3. Das älteste 3D-Druckverfahren: Die Stereolithographie
4. Die Allrounder: Selective Laser Sintering (SLS) oder Selective Laser Melting (SLM)
5. Ohne Vorlage kein 3D-Druck: Geeignete Dateiformate
6. Aussicht auf eine industrielle Revolution

Blick zurück: Die Anfänge des 3D-Drucks

Es ist nicht überliefert, ob der Amerikaner Chuck Hull „Tim und der Haifischsee“ gesehen hat. Unstrittig aber ist, dass er eines der ersten Patente für das einreichte, was später als 3D-Druck bekannt werden sollte. Der Ingenieur arbeitete in der Automobilbranche und entwickelte das Verfahren, um effiziente Prototypen herzustellen. Während ein Produkt bei klassischer Fertigung gegossen, gefräst oder geschnitten wird, wird es beim 3D-Druck Schicht für Schicht aufgetragen – ähnlich wie Zuckerguss. Das spart Material und Abfall.

3D-Druck daheim: Gestalten mit Schokolade oder Wachs

Je nach Druckverfahren bestehen große Preisunterschiede zwischen den einzelnen Modellen. Für den privaten Gebrauch zu Hause eignen sich am ehesten Geräte, die nach dem Prinzip des „Fused Deposition Modeling“ (FDM) funktionieren. Dabei erhitzt der Druckerkopf Materialien wie Plastik, Wachs oder Schokolade, bis sie flüssig sind. Dann trägt die Düse die Schichten auf einer Platte auf.

Da jede Schicht erst aushärten muss, bevor die nächste aufgetragen wird, dauert der Druckvorgang recht lange. Der Vorteil liegt in der kompakten Größe und im Preis: Ordentliche Modelle bekommst du schon ab etwa 250 Euro.

Das älteste 3D-Druckverfahren: Die Stereolithographie

Die von Chuck Hull zum Patent angemeldete Stereolithographie (SLA) ist ein 3D-Druckverfahren, das drei Komponenten benötigt: ein mit Kunstharz gefülltes Becken, eine darin befindliche Plattform und einen UV-Laser. Mit den UV-Strahlen wird das Harz an verschiedenen Stellen ausgehärtet. Ist eine Ebene fest ist, rückt die Plattform eine Schichtstärke tiefer – und fährt mit dem Aushärten fort. Jede Schicht ist nur einen Millimeter-Bruchteil dick (genau genommen 0,05 bis 0,25 Millimeter).

Die Allrounder: Selective Laser Sintering (SLS) oder Selective Laser Melting (SLM)

Nicht ganz billig, dafür vielseitig: Bei SLS/SLM-Verfahren lassen sich Polyamid-12-, aber auch Metall- und Keramikpulver sowie mit Kunststoff beschichteter Formsand verwenden. Die Technik arbeitet mit zwei Becken. Eine Walze bringt das Pulver aus dem Ausgangsbecken ins zweite Becken. Dort schmilzt (SLM) oder sintert (SLS – bei Keramik) ein Laser das Pulver, damit es aushärtet. Auf die ausgehärtete Schicht wird die nächste Pulverschicht aufgetragen, die wiederum mit dem Laser ausgehärtet wird. So geht es weiter, bis der 3D-Druck fertig ist.

Ohne Vorlage kein 3D-Druck: Geeignete Dateiformate

Für herkömmliche Ausdrucke reicht eine Textdatei, für 3D-Drucke ist dagegen eine Vorlage nötig, die etwa mit einer CAD-Software (Computer Aided Design Software) hergestellt wird und die die Oberfläche des 3D-Körpers beschreibt. Die Dateitypen variieren: Die gängigsten Dateitypen sind die Standard Triangulation Language (STL), die Virtual Reality Modeling Language (VRML) und Extensible 3D (X3D). Im Internet findest du bereits unzählige 3D-Vorlagen kostenlos – von der Pistazienschale bis zur Steckdosenhalterung.

Aussicht auf eine industrielle Revolution

Das Potenzial von 3D-Druckern ist enorm. Kein Wunder also, dass einige Menschen in dieser Technik die nächste industrielle Revolution sehen. Länder aus dem globalen Süden etwa könnten durch den Zugang zu 3D-Druckern weniger abhängig von Industrienationen sein. Das Bauen von Häusern könnte einfacher und günstiger werden. Auch die Medizin kann profitieren – es wurde bereits eine Augenprothese im 3D-Drucker hergestellt. Die Technik bietet zudem Chancen für nachhaltiges Wirtschaften: Durch 3D-Druck lassen sich etwa Kleinstteile passgenau herstellen, um Produkte schnell zu reparieren.