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3D Drucker

Was bis vor kurzem noch nach Science-Fiction klang, steht heute kurz vor dem Einzug in den Alltag: scheinbar aus dem Nichts Gebrauchsgegenstände oder Arbeitsmaterialien ganz nach individuellem Bedarf innerhalb kürzester Zeit herzustellen. Die 3D-Drucktechnik hat sich in den letzten Jahren derart schnell weiterentwickelt, dass sie mittlerweile nicht mehr nur im professionellen Umfeld zuhause ist. Dank sinkender Preise bei Geräten und Verbrauchsmaterialien (z.B. Filament) nutzen auch zunehmend mehr Privatanwender die Technik. Wer sich heute schon einen 3D-Drucker zulegen möchte, sollte sich vorher aber über die derzeitigen Möglichkeiten und Grenzen im Klaren werden – denn einen Replikator à la Star Trek gibt es derzeit (noch) nicht und die Einsatzmöglichkeiten von 3D-Druckern im privaten Bereich sind durchaus noch überschaubar.

3D Drucker mit PC © Giovanni Cancemi - Fotolia.com

3D Drucker mit PC © Giovanni Cancemi – Fotolia.com

Überblick – Was ist 3D-Druck überhaupt?

Dreidimensionales Drucken ist die Herstellung von festen räumlichen Objekten auf der Basis eines 3D-Computermodells. Es handelt sich dabei um ein additives Verfahren, bei dem das Druckmaterial Schicht um Schicht aufgetragen wird, bis das Objekt vollständig ist – im Englischen wird daher auch der Begriff „additive manufacturing“ synonym verwendet. Die Software für die Bearbeitung und Erstellung der 3D-Modelle und Schablonen gibt es zum Teil kostenlos als OpenSource.
Der 3D-Druck stellt damit den „Gegenpol“ zum schon seit Längerem etablierten destruktiven Vorgang des Fräsens dar. Beim sog. CNC-Fräsen wird ebenfalls ein 3D-Modell als Grundlage verwendet, doch wird zur Fertigung aus einem Block gezielt Material abgetragen, um das gewünschte dreidimensionale Objekt zu erzeugen. Da hierbei ein vergleichsweise größerer Aufwand betrieben werden muss, um z. B. anfallenden Materialreste aufzufangen und diese zu recyceln, kommt die Fräsetechnik bisher vornehmlich in der Industrie zum Einsatz. Auch der Spritzguss als neben dem 3D-Druck etabliertes additives Verfahren ist eher im produzierenden Gewerbe zuhause, da hier erst Gussformen hergestellt werden müssen und die Technik sich somit eher für die Massenproduktion empfiehlt.
Der 3D-Druck dagegen eignet sich aufgrund des weitgehend „sauberen“ und auch für die Herstellung von Einzelstücken geeigneten Verfahrens deutlich besser für den Einsatz in Büros oder sogar in privaten Haushalten. Der Technik steht damit in der Praxis ein weites Einsatzfeld und Herstellern entsprechender Geräte ein großer Absatzmarkt offen. Höhere Absatzzahlen führen meist zu einem allmählichen Preisverfall – das traf in den letzten Jahren auch für 3D-Drucker und die entsprechenden Verbrauchsmaterialien zu, die so zunehmend erschwinglicher werden.

Einsatzmöglichkeiten für Privatanwender

Als Technik der Wahl gilt im Consumerbereich derzeit das FDM- bzw. FFF-Verfahren. Trotz seiner Einschränkungen (langsam, geringe Anfangsstabilität, einfarbig) lassen sich damit bereits unzählige Gegenstände des täglichen Gebrauchs herstellen. Gabeln, Messer oder Becher sind auch ohne viel Übung recht leicht selbst zu modellieren oder können als Dateivorlagen via Internet bezogen werden.
Individuelles Spielzeug, selbst designte Kunstgegenstände oder Objekte aus Schokolade wären Bereiche, in denen sich kreative Köpfe nahezu unbeschränkt austoben können.
Es lassen sich mit 3D-Druck auch komplexe Projekte realisieren. Dazu müssen die Einzelteile designt, erstellt und nach dem Druck zusammengefügt werden. Beispiele wären selbst gestaltete Modellbausätze von Fahrzeugen oder Gebäuden, wie es sie auch zu kaufen gibt. Welcher Modellbahner hat nicht schon mal davon geträumt, ein bestimmtes Gebäude (sei es das Eigenheim oder der Kölner Dom) in seine Modell-landschaft zu integrieren?
Im Grunde sind der Fantasie hier wenige Grenzen gesetzt. Komplexe Gebilde werden aus kleineren Einzelteilen zusammengesetzt, große Hohlräume erhalten wabenartige Stützkonstruktionen. Das Manko der Einfarbigkeit beim FDM-Verfahren lässt sich durch das nachträgliche Anmalen der gedruckten Objekte, z. B. mit Modellbaufarbe, teilweise ausgleichen.

Die Entwicklung der 3D-Drucktechnik

Die ersten funktionsfähigen 3D-Drucker wurden Mitte der 80er Jahre gebaut. Ihr Haupteinsatzzweck war die Unterstützung von Entwicklungsabteilungen großer Unternehmen bei der Fertigung von Modellen und Prototypen – Digital Fabrication und Rapid Prototyping lauten hier die Schlagworte.
Die Preise für 3D-Drucker lagen anfangs noch im Bereich von mehreren hunderttausend US-Dollar, doch seit Beginn des neuen Jahrtausends kam es zu einem zunehmenden Preisverfall infolge steigender Verkaufszahlen. 2004 wurde geschätzt, dass die seinerzeit fünf Hersteller im abgelaufenen Jahr weltweit 1032 Geräte verkaufen konnten. Das mag nicht viel erscheinen, doch bedeutete diese Zahl eine Steigerung des Absatzes um fast 60% im Vergleich zum Vorjahr. Erstmals wurde es damit möglich, 3D-Drucker zum Preis eines Mittelklassewagens anzubieten.
Der Konkurrenzkampf der wenigen Anbieter ließ die Preise weiter fallen und die weltweiten Verkaufszahlen ansteigen. In den letzten fünf Jahren trat eine Reihe neuer Unternehmen in den Markt ein und begann mit der Herstellung von besonders günstigen 3D-Druckern für jedermann.
Das inzwischen an Stratasys (ein Pionierunternehmen auf dem Feld des industriellen 3D-Drucks)verkaufte Unternehmen Makerbot etwa wurde erst 2009 gegründet. Dennoch gilt es gegenwärtig schon (2013) als führender Hersteller von 3D-Druckern für den Consumermarkt.
Die Nachfrage in diesem Bereich ist enorm: zwischen 2008 und 2011 wuchs der Absatz im Lowcostbereich (unter 5000 US$) laut einer Studie des Branchenkenners Terry Wholers um gut 350 Prozent – pro Jahr!
Mit einiger Verzögerung steigen inzwischen auch Hersteller „traditioneller“, zweidimensionaler Drucktechniken – allen voran HP – in den 3D-Markt ein. Es ist nicht auszuschließen, dass damit die Hardwarepreise noch weiter sinken werden. Die Aussichten für die Zukunft des 3D Drucks sehen vielversprechend aus.