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Aktuelles 3D-Druck - Eine Branche wird erwachsen
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09:54 31.07.2017
Ein 3D-Drucker mit dem Namen MakerBot druckt während einer Veranstaltung der Senatsverwaltung zu 3D-Druckund Cyber-Security in Berlin ein rotes Hand-Modell. Quelle: Christian Platz/dpa
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Der Heimanwender hat die 3D-Fertigung noch nicht lieben gelernt, denn meist werden lediglich "unbrauchbare" Plastik-Teile produziert. Wirklich sinnvolle Anwendungsgebiete gibt es - noch - zu wenige. Allerdings interessiert sich die Industrie immer häufiger für die 3D-Drucktechnik.

Was ist 3D-Druck?

Mit der Bezeichnung 3D-Druck werden mehrere Fertigungstechnologien zusammengefasst. Die verwendeten Geräte erhalten Daten, von vorher am Computer konstruierten Bauteilen (CAD-Daten) mit denen sie Gegenstände schichtweise herstellen. Diese 3D-Drucker verwenden häufig Kunstharz, Metall oder Keramik als "Baustoff".

Additive Fertigung erklärt

Die Additive Fertigung bezeichnet ein Verfahren zur Herstellung von Prototypen und Endprodukten aus formlosen oder formneutralen Materialien mittels chemischer/physikalischer Prozesse.

Neue Verfahren werden entwickelt, wodurch Konstrukteure erweiterte Möglichkeiten erhalten. „Dem additiven Fertigungsverfahren sind kaum Grenzen gesetzt“ beschreibt es die Firma Protiq, „wodurch sich hochkomplexe Geometrien erzeugen lassen“.

Zu den formlose Materialien zählen beispielsweise Flüssigkeiten, Gele, Pasten oder Pulver. Als formneutral werden band-, draht- oder blattförmige Materialien bezeichnet.

Durch den Aufbau aus hauchdünnen Schichten werden Formen oder Fräsen überflüssig und die Produktionszeit verkürzt sich.

Vorteile der Schichtbauverfahren:

  • Komplexität von Bauteilen irrelevant - komplizierte Formen werden schichtweise erstellt
  • Skaleneffekte nicht vorhanden - Einzelstücke, Prototypen und Muster werden kostengünstig

Was ist ein Skaleneffekt?

Der Skaleneffekt beschreibt die Abhängigkeit von der Menge zum Preis. In der Produktionstheorie rechnen sich Produkte erst, wenn davon viele Tausende hergestellt werden

Praktische Anwendungsgebiete

Die Einsatzgebiete steigen weiter und sind aktuell vornehmlich in der Automobilindustrie und Medizintechnik zu suchen.

So unterstützt ein 3D-Drucker in der BG Unfallklinik Frankfurt bei der OP Vorbereitung. Originalgetreue 3D-Modelle zeigen Versionen von Knochenbrüchen. Der Nachwuchs in der Unfallchirurgie soll an den Modellen lernen "wo welche Schraube und wo welche Platte hinkommt", sagt Radiologie-Chefarzt Prof. Alexander Langheinrich.

Prof. Alexander Langheinrich (Chefarzt der Diagnostischen- und Interventionellen Radiologie) hält am 12.06.2017 in Frankfurt am Main (Hessen) das Modell eines Schädels mit Fraktur aus dem 3-D Drucker in seinen Händen.

Hüftimplantate können samt dem porösen Innenleben imitiert und nach der Herstellung mit einem anderen Material beschichtet werden.

Der Prozess nennt sich Pulverbettverfahren. Dabei erhitzt ein Laser das Metall und ein feines Bauteil mit mikrometer-kleinen Details, gar mit frei beweglichen Innenteilen, entsteht vor den Augen des Betrachters. In einem anderen Verfahren wird das Pulver Schicht um Schicht frei stehend auf einer Grundplatte hauchdünn aufgetragen, so dass auch sehr große Teile gefertigt werden können (DNN berichtete).

Der "Enterprise" Replikator ist möglich

Das Frauenhofer-Institut arbeitet mittlerweile am „Enterprise“-Replikator. Zum Jubiläum „25 Jahre Fraunhofer in Ostdeutschland“ hat das Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) kompakte Industrie-3D-Drucker vorgestellt. Diese können aus Metallpulver (Stahl, Aluminium, Titan) kompliziert geformte Bauteile herstellen. Die „Smart Box“ ist von der Größe vergleichbar mit einem handelsüblichen Kunststoff-3D-Drucker, kann allerdings Bauteile von einem Meter Höhe produzieren. Dadurch können Arbeitsschritte wie Pressen, Fräsen und Laserschneiden ersetzt werden.

Noch ist die Technologie jung und teuer. Wenn zukünftig die Kosten fallen, werden weitere Industriezweige - jenseits der Luft- und Raumfahrt oder Automobilindustrie - profitieren und ganze Fabrikhallen mit solchen Anlagen füllen. Einzelanfertigungen für Kunden werden möglich. 3D-Druck-Farmen müssen nicht umgerüstet werden. Es genügt, wenn das richtige Metallpulver eingefüllt und der neue Bauplan eingespielt wird.

Für den Heimanwender wird der Raumschiff „Enterprise“ Replikator möglich. Dieser wird mit Werkstoffkartuschen, verschiedenen Bauplan-Bibliotheken und einer Sprachsteuerung gekoppelt. Dadurch ist es vorstellbar, dass wir in Zukunft sagen: „OK Clara, ich benötige eine braune Gürtelschnalle“. (Siehe: Sprachassistentin Alexa)

Nach wenigen Minuten erzeugt der Heim-Replikator die neue Gürtelschnalle.

Ebenso sind Anweisungen in Richtung: „OK Clara, bitte back mir eine Pizza“ möglich, denn Lebensmitteldrucker befinden sich bereits in der Entwicklung.

3D-Drucker werden einen weiteren Anlauf starten, um bald in jedem Haushalt zu stehen. Was würden Sie gerne drucken?

Redaktion

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