Drucken statt Fräsen: 3-D-Druck - Maschinenbau öffnet Tür zur Zukunft

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Drucken statt Fräsen: 3-D-Druck - Maschinenbau öffnet Tür zur Zukunft

von Rebecca Eisert

Eines Tages sollen komplette Autos aus dem 3D-Drucker kommen. Alles Science Fiction oder der Beginn der dritten industriellen Revolution? Was die neue Technik tatsächlich kann und wo ihre Grenzen liegen.

Plötzlich ist die ganze Welt voll von Produkten aus 3D-Druckern. Lampenschirme und Hybridautos, Handyhüllen und künstliche Gewebe kommen aus dem Drucker. Ja, sogar Häuser aus Mondgestein sollen in einer fernen Zukunft mit Hilfe der Hightech-Maschinen die Besiedlung des Weltraums möglich machen. Manches, was in den letzten Wochen über das Potenzial von 3-D-Druck-Verfahren geschrieben wurde, erinnert mehr an Science Fiction, als an seriöse Forschung. Natürlich ist der Gedanke, auf Knopfdruck jedes beliebige Objekt produzieren zu können, faszinierend. Was für eine Welt wäre das wohl, in der man wie der Captain der Enterprise Jean-Luc Picard vor dem "Replikator" stünde und sich eine Tasse "Earl-Grey, heiß" bestellen könnte?

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Kistenproduktion

3-D-Drucker für zu Hause, wie von MarkerBot, kosten bereits weniger als 1000 Euro.

Geht es nach dem US-Starökonom Jeremy Rifkin, läutet der 3-D-Druck die dritte industrielle Revolution ein. Wenn sich Firmen einfach eine große Maschine hinstellen können, die ihnen alle wichtigen Teile ausspuckt, so der Grundgedanke, wozu brauchen sie dann noch Zulieferer, die diese Teile bisher in vielen einzelnen Arbeitsschritten aufwendig, gefräst, gestanzt, gebohrt haben? "Diese Drucker verändern die globale Wertschöpfungskette", schrieb ZEIT-Journalist Götz Hamann kürzlich. Bald werde man ein Bauteil vielleicht nicht mehr in einem Billiglohnland wie Vietnam oder Mexiko ordern, weil es noch günstiger sein könnte, es einfach vor Ort in den heimischen Werkshalle zu drucken. Wirtschaftskreisläufe könnten so wieder ein Stück regionaler werden und und und.

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3D-Drucker machen in der Tat schon heute Dinge möglich, von denen Ingenieure und Maschinenbauer bisher nur zu träumen wagten. Aber drehen wir das Rad ein Stück zurück. Was ist ein 3-D-Drucker? Wie genau arbeitet er? Welche Stoffe kann er verarbeiten und wo liegen die Grenzen der Verfahren? Und sind die neuen Drucker tatsächlich in der Lage, traditionelle Verfahren des Maschinenbaus zu verdrängen oder sogar vollständig zu ersetzen?

So arbeitet ein 3D-Drucker

Im Grunde funktioniert ein 3D-Drucker wie ein gewöhnlicher Tintenstrahldrucker nur, dass statt Tinte Kunststoff fließt. Das Plastik härtet aus - je mehr Lagen aufgetragen werden, desto höher wird das Objekt. Das ist aber nur eine Art der additiven oder generativen Druckverfahren, wie sie Experten nennen. Auch Metallpulver kann mit einem Laser geschmolzen und zigtausendfach übereinander geschichtet werden. Oder aber der Laser verflüssigt gezielt kleinste Punkte im Pulverberg und backt so ein Stück heraus. Das ist das Sinter-Verfahren.

Auswahl von 3D-Druck-Verfahren

  • Thermischer 3D-Druck

    Ähnlich der "Heißklebepistole" wird Material aufgetragen, das anschließend aushärtet.

  • Polyjet

    Ähnlich wie beim Tintendrucker wird Material tröpfchenweise aufgebracht und ausgehärtet - zum Beispiel wird Kunststoff durch UV-Strahlung polymerisiert.

  • 3D-Druck

    Ein Bindematerial wird auf eine Materialschicht (zum Beispiel Sand) aufgebracht - später wird das ungebundene Material abgenommen und die gewünschte Kontur bleibt stehen.

  • Selektives Laser-Sintern

    Eine Pulverschicht wird durch Wärme (Laser) verschweißt. Nach dem schichtweisen Aufbau kann das lose Material abgenommen werden und es bleibt die gewünschte Kontur stehen.

  • Laser-Sintern

    Direktes Materialschmelzen - ähnlich dem Pulverbett-Schmelzen, allerdings wird das Material bereits gezielt am gewünschten Ort aufgetragen und verschmolzen.

Kunststoff - und Metallpulver sind bisher die gängigsten Ausgangsmaterialien für 3D-Drucker - Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Titan, Sand, Keramik, Gips und sogar Holzverbindungen sind möglich, zusammen sind es schon weit über 100 Stoffe. Was Ingenieure und Drucktechniker wie Rainer Gebhardt, im VDMA zuständig für den Bereich Druck- und Papiertechnik, an den Hightech-Drucker fasziniert, ist es Dinge zu produzieren, die bisher konstruktiv nicht möglich waren.

Mit dem neuen Laserschmelzverfahren ist das, was der Fachmann Hinterschneidungen nennt, nämlich kein Problem mehr. Gemeint sind Teile, die verhindern, dass sich ein Bauteil aus der Gussform entnehmen lässt - ein gängiges Problem im Maschinenbau. "Ich bin begeistert davon, was man mit 3D-Druckverfahren alles machen kann", schwärmt Gebhardt, "aber es gibt natürlich auch Hürden wie den Zeitfaktor und die Qualität."

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