So funktioniert der 3D-Druck

Als das Konzept des 3D-Druckens zum ersten Mal präsentiert wurde, war ich mit Sicherheit nicht die Einzige, die diese Technologie ins geistige Niemandsland verbannte, denn wie bitte kann ein lebloser Gegenstand 3D-Objekte produzieren? Ganz so, als wären sie aus dünner Luft, vergleichbar mit der berühmten Replikator-Maschine aus der Star Trek-Serie, die aus purer Energie beliebige Materie herstellte. Wir von IbiCASA kamen zu dem Schluss, dass man einer Technologie, die unsere Produktionsindustrie bald revolutionieren wird, einen zweiten Blick gönnen sollten. Deshalb haben wir uns mit der spannenden und zeitgemäßen Frage beschäftigt: Was ist 3D-Drucken?
Die größte Verwirrung rund um den 3D-Druck beruht auf seinem Namen. Denn im Duden findet man für den Begriff „Drucken“ folgende Erklärung: Eine Aktivität, bei der Schrift oder Bilder durch eine Maschine reproduziert werden, auf Papier oder einem anderen Material. Da überrascht es nicht, dass wir uns verständlicherweise fragen, wie unsere Schreibtisch-Drucker, die nur mit Tintenpulver ausgestattet sind, auf wundersame Weise 3D-Objekte kreieren können. Wollen wir den 3D-Druck verstehen, müssen wir die Funktionsweise unserer Schreibtisch-Drucker beiseite schieben, denn tatsächlich haben Schreibtisch-Drucker nur einige wenige Gemeinsamkeiten mit 3D-Druckern. Die wären: 1) Die kleinste Version eines 3D-Druckers könnte auf unserem Schreibtisch Platz finden. 2) Beide Drucker werden mit digitalen Informationen gespeist, die von einem Computer aus gesendet werden. 3) Das Schichtungs-System, das bei 3D-Druckern verwendet wird, ähnelt dem eines Tintenstrahldruckers. Aber hier hören die Gemeinsamkeiten auch schon mehr oder weniger auf. Erst wenn wir uns des Gedankens entledigen, dass unsere Standarddrucker überhaupt etwas mit 3D-Druckern gemein haben, sind wir auf halbem Weg, alles zu verstehen...
Was die Technik betrifft: Zuerst kommt das Konzept. Ein 3D-Drucker ist eine Maschine, die dreidimensionale Werkstücke aufbaut. Der Aufbau erfolgt computergesteuert nach einer Vorlage mit vorgegebenen Maßen und Formen, die auf einer Datei (CAD) oder einem entsprechenden Äquivalent gespeichert sind. Diese Datei schickt Informationen zum 3D-Drucker, der mit unterschiedlichen Werkstoffen wie beispielsweise Pulver, flüssigen oder festen Kunststoffen, Metallen, Nylon, Silber, Wachs, Beton oder sogar Schokolade geladen werden kann. Der Drucker wird eine erste Lage des Materials auftragen und je nach Vorgabe härten, schmelzen oder bestimmte Segmente ausschneiden. Durch präzise Laser-Technologie, UV-Licht, physikalische oder chemische Prozesse und je nach den Formen und Parametern, die von der Datei an den Drucker gesendet wurden. So entsteht Schicht für Schicht ein 3D-Modell, das von unten nach oben aufgebaut wird. Der Endverbraucher muss nur noch den Staub abwischen und die losen Partikel entfernen, um das fertige Objekt enthüllen zu können.
Der 3D-Druck, auch bekannt als schneller Modellbau („rapid prototyping“) oder „additive manufacturing”, nutzt Prozesse, bei denen Rohmaterialien je nach Bedarf eingesetzt werden. Ganz im Gegensatz zu bisher üblichen „substraktiven“  Methoden, die man mit der Arbeit eines Bildhauers vergleichen könnte, der sein Meisterwerk entstehen lässt, in dem er Stücke von einem Felsblock abschlägt. Auch die meisten Produktionsfirmen wenden diese wenig kosteneffiziente und ressourcenaufwändige substraktive Methode, bei der gefräst oder gebohrt wird, heute noch an. 3D-Drucker hingegen bauen das Objekt aus dem Nichts auf, und produzieren so weitaus weniger Abfälle. In der Praxis ermöglicht der 3D-Drucker den Produzenten eine weitaus größere Flexibilität, da sie ihren Kunden maßgefertigte Designs anbieten können, statt wie bisher Tausende oder aber auch Millionen von Objekten produzieren zu müssen, nur um die Kosten zu decken. Beim 3D-Drucken muss man einfach nur die Computerdatei ändern, um die gewünschte Form neu einzustellen. Durch 3D-Drucker können zudem leichtere Produkte gefertigt werden. Objekte aus gehärtetem Nylonpulver sollen beispielsweise ebenso stabil sein wie Objekte aus Stahl oder Aluminium, obwohl sie um 65 % leichter sind. Wie ein bereits existierendes 3D-Fahrrad beweist. Ein weiterer Vorzug des 3D-Druckens ist der geringere CO2-Ausstoß, denn statt Güter wie bisher um die ganze Welt zu transportieren, müssen einfach nur noch Daten übers Internet versendet werden. Die Erzeugnisse können dann vor Ort hergestellt werden.
Die Größe und der Preis dieser Maschinen variieren übrigens erheblich. Wie bereits erwähnt, werden Basisversionen wie die Schreibtisch-Drucker angeboten. Diese taugen nur für Hobbyzwecke und kosten etwa 250 Euro. Aber es gibt auch Maschinen, die größer sind als ein ganzes Zimmer, und diese können beispielsweise genug Beton laden, um das Fundament eines Haus aufzubauen. Die besonders fortschrittlichen 3D-Drucker liefern zudem weitaus präzisere Ergebnisse, als die, die man durch industrielle Standardanfertigungen oder auch Handarbeit erzielen könnte. Gleichzeitig eröffnen 3D-Drucker neue Dimensionen hinsichtlich der Details und der Feinheiten eines Designs.
3D-Drucker können individuelle Ersatzteile für Autos, Raumfahrtzubehör, Spielzeuge, Schuhe, Schmuck und anderen Gegenstände herstellen – eigentlich alles, für das es eine digitale Vorlage gibt. Aber in welchen Branchen kann der 3D-Druck eigentlich noch genutzt werden? Besonders weit verbreitet war der 3D-Druck bisher bei Architekten, die mit dieser Technologie Miniaturmodelle ihrer Entwürfe kreierten. In der Medizin können Prothesen, Zahnersatz oder Implantate in weitaus besserer Porosität und Präzision hergestellt werden, man muss einfach die Ergebnisse der Computer- oder Kernspintomographien eines Patienten nutzen, um die entsprechenden 3D-Objekte aufzubauen. Ein großer Unterschied zu den Standardanfertigungen, die bisher im Angebot sind. Chirurgen können 3D-Modelle von den Organen oder Knochen ihrer Patienten erstellen, um die bestmögliche und obendrein besonders kostengünstige Operationsmethode zu finden. Und in anderen klinischen Kreisen und Universitätslaboratorien wird schon lange eifrig geforscht, um menschliche Zellen nach der Formel des 3D-Drucks aufeinander zu schichten und so menschliche Transplantationsorgane zu erschaffen.
Es besteht kein Zweifel daran, dass der 3D-Drucker die Welt der industriellen Produktion neu definieren wird. Aber was bedeutet das für unser persönliches Leben? Einfach dargestellt, wird unsere Zukunft in etwa so aussehen: Schon sehr bald werden wir alle 3D-Drucker für den Hausgebrauch besitzen, oder wir werden Zugang zu industriellen 3D-Druckern haben – in etwa so, als würden wir heute einen Copy-Shop oder eine Druckerei frequentieren. Wir werden diese Läden mit einer CAD-Datei (oder einem Äquivalent) in der Hand betreten, auf dem die vorgegebenen Maße und Formen gespeichert sind, die der 3D-Drucker für uns aufbauen soll. Mit 3D-Druckern für den Hausgebrauch werden Eltern die ausgewählten Malereien ihrer Kinder in 3D-Skulpuren verwandeln, und Hobbykünstler werden stolz mit allen möglichen Designs experimentieren, um daraus kleine 3D-Kopien zu fertigen.
Auch die Ersatzteil-Industrie wird in ihren Grundfesten erschüttert. Das uralte Dilemma, dass man gewisse Ersatzteile nicht mehr bekommt, weil sie nicht mehr hergestellt werden, wird nicht mehr existieren. Auch muss man nicht mehr auf Ersatzteile warten, die von der anderen Ecke der Welt zu uns transportiert werden müssen. Bald werden wir in der Lage sein, alle Daten einfach von den Webseiten der Hersteller herunterladen zu können, um die benötigten Gegenstände in 3D-Version aufzubauen. Und mit der Zeit werden wir nicht nur kleine, individuelle Objekte herstellen können, sondern auch große, anspruchsvollere.
Auch Maßanfertigungen werden, wie wir schon erwähnt haben, im Aufwind sein. Was heutzutage schon bis zu einem bestimmten Grad bei einigen Designer-Schmuckstücken oder Autos möglich ist, wird durch das 3D-Drucken auch auf breiter Basis für viele andere Produkte angeboten werden. Einzelhändler werden uns im Internet 3D-Abbildungen ihrer Produkte zeigen und uns zudem diverse Optionen anbieten, mit denen wir sie nach eigenen Vorstellungen modifizieren können. Natürlich immer im Rahmen dessen, was beim 3D-Druck möglich ist. So können wir unsere Endprodukte nach unseren persönlichen Wünschen anfertigen lassen. Tatsächlich gibt es schon einige ausgewählte Unternehmen, die diesen Service anbieten. Und es ist vorstellbar, dass unsere ganz persönlichen Endprodukte nicht nur vom Anbieter per 3D-Druck hergestellt und zu uns nach Hause geschickt werden können, sondern dass die entsprechenden Daten uns als Download zur Verfügung gestellt werden, damit wir sie bequem zuhause – oder wenigstens in einem nahe gelegenen Drucker-Shop anfertigen lassen können.
Überflüssig zu sagen, dass die Möglichkeiten, die sich uns im Bereich des 3D-Drucks eröffnen, endlos sind. Nun verstehen Sie ein wenig mehr von dieser neuen Technologie, die einige der ersten Pioniere schon seit den 1990ern anpreisen. Sie prophezeien übrigens auch, dass diese Technologie unser Leben im nächsten Jahrzehnt drastisch verändern wird – ebenso wie es das Internet bereits getan hat. Herzlich willkommen in der Zukunft. •