3D-Drucker: Industrielle Revolution auf dem Schreibtisch

2013 erlebt der Hype um 3D-Drucker seinen – vorläufigen – Höhepunkt. Erstmals sind vergleichsweise leistbare Geräte auf dem Markt oder gerade in Entwicklung, die Open-Source-Community steuert für Bastler entsprechende Bauanleitungen, 3D-Modelle und Software bei. Drucken wir bald alle in 3D? [...]

Florian Aigner, der sich als Wissenschaftsredakteur an der Technischen Universität Wien eingehend mit der Technologie beschäftigt hat, fasst gegenüber Computerwelt.at zusammen: „Grundsätzlich gilt: 3D-Drucker sind dort nützlich, wo es um maßgeschneiderte Produktion mit kleiner Stückzahl geht. Wenn man einen Kunststoffteil massenhaft produzieren möchte, sind Gussformen oder andere Herstellungsmethoden besser. Doch manchmal braucht man eben nur genau ein Stück – etwa wenn man ein Ersatzteil für ein seltenes, teures Gerät braucht oder für medizinische Anwendungen, bei denen ein Teil genau an den Körper von Patienten angepasst werden muss. Ein Beispiel dafür ist die Zahnmedizin: Zahnimplantate müssen nicht nur ganz individuell angepasst werden, sie müssen auch noch höchst präzise gefertigt werden, und das aus ganz besonderen, sehr harten Materialien. Bisher war es nicht möglich, diese Dinge zu vereinen, an der TU Wien ist das aber gelungen.“ Das Problem konnte gelöst werden, indem man Polymere verwendet, in die von Anfang an Keramik eingebettet ist. Nach dem 3D-Druck-Prozess wird das Werkstück erhitzt – die unerwünschten organischen Polymere verschwinden, die Keramik-Anteile bleiben übrig und werden durch Hitze zusammengebacken, wodurch schlussendlich ein hochfestes Keramikbauteil entsteht. Das Forschungsteam wurde dafür mit dem zweiten Platz beim Houska-Preis der B&C Privatstiftung  ausgezeichnet – dotiert mit 70.000 Euro. An der TU Wien wurde sogar ein Christian-Doppler-Labor eingerichtet, in dem an 3D-Druck für die Zahnmedizin geforscht wird.

Nicht nur in den Mund-, sondern auch in den Weltraum haben es die 3D-Drucker mittlerweile – zumindest theoretisch – geschafft. Die US-Weltraumbehörde NASA hat eigenen Angaben zufolge den ersten erfolgreichen Test eines Teils eines Raketentriebwerks absolviert, das vollständig per 3D-Druck produziert worden ist. Die spezielle technisch hochkomplexe Einspritzdüse, deren Aufgabe es ist, flüssigen Wasserstoff und Sauerstoff in die Verbrennungskammer des Triebwerks zu leiten, konnte dank der neuartigen Methode schneller und kostengünstiger hergestellt werden als bisher. Die europäische Weltraumbehörde ESA wiederum untersucht mit Partnern die Möglichkeit, eine ganze Mondbasis mittels 3D-Druck zu bauen. Das Konsortium zielt insbesondere darauf ab, mit robotischen Druckern Mond-Regolith – lockeres Oberflächengestein – als Baumaterial zu verwenden.

VERSCHIEDENE VERFAHREN
Derzeit konkurrieren im 3D-Druck verschiedene Verfahren. Sie lassen sich grob nach den verwendeten Werkstoffen einteilen: Pulver, das mittels Bindemitteln Schicht für Schicht verklebt wird, flüssige Materialien, die schichtweise ausgehärtet werden, etwa mit fokussierten Laserstrahlen, sowie geschmolzene Werkstoffe (zumeist Kunststoffe, es kann aber auch beispielsweise Zucker oder Gips sein) die ebenfalls eine Schicht nach der anderen aufgetragen werden.