Was ist 3D-Druck?

3D-Druck ist eine additive Fertigungstechnologie zur Herstellung von Teilen. Sie wird als "additiv" bezeichnet, da diese Methode sich nicht auf ein einzelnes Materialstück oder eine Form verlässt, um ein physisches Objekt zu erstellen. Stattdessen baut sie das Objekt auf, indem sie Materialschichten stapelt und verschmilzt.

Diese Technologie bietet typischerweise schnelle Produktionsgeschwindigkeiten und niedrige feste Installationskosten und ist in der Lage, komplexere Geometrien zu erstellen als herkömmliche Fertigungstechniken. Darüber hinaus erweitert sich die Vielfalt der im 3D-Druck verwendeten Materialien ständig. Sie hat weite Anwendung in der Ingenieurindustrie gefunden, insbesondere für Prototypen und die Erstellung von Leichtbaugeometrien.

Der Begriff "3D-Druck" wird oft mit der Maker-Kultur, Hobbyisten und Enthusiasten in Verbindung gebracht und umfasst Desktop-Drucker, zugängliche Drucktechnologien wie FDM und kostengünstige Materialien wie ABS und PLA (wir werden diese Akronyme später erklären). Dieses Phänomen wird weitgehend der Demokratisierung des 3D-Drucks zugeschrieben, insbesondere dem Aufstieg der RepRap-Bewegung, die zu erschwinglichen Desktop-Maschinen wie dem ursprünglichen MakerBot und Ultimaker führte. Diese Entwicklung führte auch zu dem explosionsartigen Wachstum der 3D-Drucktechnologie im Jahr 2009.

Die weitverbreitete Anwendung der additiven Fertigung
Im Vergleich zum 3D-Druck ist die additive Fertigung ein breiteres Konzept, das eine Vielzahl von Technologien und Materialien umfasst, mit Anwendungen in der industriellen Produktion, der medizinischen Versorgung, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen. Die additive Fertigung betont die Konstruktion von Objekten durch das Hinzufügen von Material Schicht für Schicht und wird typischerweise für hochpräzise und Hochleistungsanwendungen eingesetzt.

Im Allgemeinen gibt es, obwohl der 3D-Druck eine Form der additiven Fertigung ist, erhebliche Unterschiede in Technologie, Anwendungen und Marktpositionierung.

Im Gegensatz dazu wird die additive Fertigung (AM) fast immer mit kommerziellen und industriellen Anwendungen in Verbindung gebracht.

"Rapid Prototyping" ist ein Begriff, der manchmal verwendet wird, um sich auf die 3D-Drucktechnologie zu beziehen. Dieser Name stammt aus den Anfängen der 3D-Drucktechnologie. In den 1980er Jahren, als die 3D-Drucktechnologie erstmals erfunden wurde, wurde sie als Rapid Prototyping bezeichnet, da sie hauptsächlich für Prototypen und nicht für die Herstellung von tatsächlichen Teilen verwendet wurde.

Entwicklung der Technologie
In den letzten Jahren hat sich der 3D-Druck zu einer hervorragenden Lösung für die Herstellung von Teilen entwickelt. Gleichzeitig sind andere Fertigungstechnologien, wie z. B. die CNC-Bearbeitung, wirtschaftlicher und komfortabler geworden, wodurch sie sich für Prototypen eignen. Während also einige "Rapid Prototyping" immer noch als Synonym für 3D-Druck betrachten, entwickelt sich der Begriff allmählich zu einem Begriff, der sich auf alle Formen des Rapid Prototyping bezieht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich "Rapid Prototyping", obwohl es sich ursprünglich speziell auf Prototypen bezog, mit den technologischen Fortschritten in seiner Bedeutung erweitert hat, um eine breitere Palette von Fertigungsmethoden zu umfassen.

Der 3D-Druck wurde ursprünglich konzipiert, um die industrielle Produktentwicklung durch schnelleres Prototyping zu beschleunigen. Obwohl es vor diesem Zeitpunkt mehrere verwandte Patente gab, gilt Chuck Hull allgemein als der Erfinder des 3D-Drucks. 1984 patentierte er das Stereolithographie-Gerät (SLA), das zu einer bahnbrechenden Technologie für 3D-Drucker wurde.

Hulls Erfindung legte den Grundstein für die spätere 3D-Drucktechnologie und förderte die Entwicklung der additiven Fertigung, die heute in verschiedenen Branchen weit verbreitet ist.

1. 1981: Hideo Kodama aus Japan patentierte das erste Gerät zum Aushärten von Photopolymeren mit UV-Licht. Er entwarf es als "Rapid Prototyping"-Gerät zur Herstellung von Modellen und Prototypen, aber das Patent wurde schließlich aufgrund mangelnden Interesses aufgegeben.
2. 1984: Die französischen Erfinder Alain Le Mehaute, Olivier de Witte und Jean Claude André reichten ein Patent für ein Gerät ein, das UV-Licht zum Aushärten von Photopolymeren verwendete. General Electric gab das Patent auf, da es seiner Meinung nach kein kommerzielles Potenzial hatte.
3. 1984: Nur wenige Wochen nachdem Le Mehaute sein Patent angemeldet hatte, meldete der Amerikaner Charles "Chuck" Hull sein Patent für "Apparat zur Herstellung dreidimensionaler Objekte durch Stereolithographie" an und prägte den Begriff "Stereolithographie" (SLA). 1987 erfand Hull das STL-Dateiformat und gründete im selben Jahr 3D Systems.
4. 1987: Der Amerikaner Carl Deckard patentierte das selektive Lasersintern (SLS) und gründete 1987 die Desktop Manufacturing (DTM) Corp. mit, die 2001 von 3D Systems übernommen wurde.
5. 1989: Der Amerikaner S. Scott Crump meldete im selben Jahr ein Patent für das Fused Deposition Modeling (FDM) an und gründete mit seiner Frau Stratasys.

Diese frühen Erfindungen und Unternehmen legten den Grundstein für die boomende Entwicklung der 3D-Drucktechnologie.

1. 1987: 3D Systems brachte den ersten kommerziellen SLA-Drucker, den "SLA-1", auf den Markt, was den Beginn der Kommerzialisierung der 3D-Drucktechnologie markierte.
2. 1992: Das FDM-Patent wurde schließlich Stratasys zugesprochen, was zur Einführung des ersten FDM-Druckers, des "3D Modeler", führte.
3. 1992: DTM brachte den ersten kommerziellen SLS-Drucker, die "Sinterstation 2000", auf den Markt und förderte damit die Einführung der 3D-Drucktechnologie weiter.
4. 1994: EOS, gegründet 1989, brachte seinen "EOSINT M160" auf den Markt, den ersten kommerziellen Metall-3D-Drucker, und eröffnete damit einen neuen Markt für die additive Metallfertigung.

1. 2005: Das Open-Source-RepRap-Projekt ("Replicating Rapid Prototyping") wurde ins Leben gerufen, mit dem Ziel, einen sich selbst replizierenden 3D-Drucker zu entwickeln, der in der Lage ist, seine eigenen Teile zu drucken. Dieses Projekt weckte das öffentliche Interesse an der 3D-Drucktechnologie erheblich.
2. 2009: Wichtige FDM-Patente gingen in den öffentlichen Bereich über, und MakerBot brachte seinen Desktop-3D-Drucker, den "Cupcake CNC", auf den Markt. Zu einem Preis von nur wenigen hundert Dollar, deutlich weniger als die Tausenden von Dollar für herkömmliche Drucker, waren alle Komponenten zum Download auf Thingiverse verfügbar, einer Website, die dem Austausch von vom Benutzer erstellten digitalen Designdateien gewidmet ist.
3. 2012: Formlabs brachte den "Form 1" auf den Markt, den ersten erschwinglichen SLA-Drucker, und sammelte erfolgreich rekordverdächtige 2,95 Millionen US-Dollar auf Kickstarter ein.
4. 2013: Protolabs Network startete als Peer-to-Peer-3D-Druckservice und ermöglichte groß angelegte Transaktionen zwischen Käufern von Drucken und Benutzern von Maschinen. Die Plattform wuchs schnell zur weltweit größten Einzel-3D-Druckplattform mit über 50.000 Druck-"Hubs" und verlagerte sich darauf, verschiedene Formen der kundenspezifischen Fertigung für kommerzielle Kunden zugänglicher zu machen.
5. 2014: Wichtige SLS-Patente gingen in den öffentlichen Bereich über, was viele Unternehmen dazu veranlasste, kleinere, erschwinglichere SLS-Drucker herzustellen.

Diese Entwicklungen machten die 3D-Drucktechnologie zugänglicher und trieben ihre Anwendung und Innovation in verschiedenen Sektoren voran.

Seit 2018 ist das Medien-Hype um den 3D-Druck deutlich abgeklungen, während das Interesse an kommerziellen Anwendungen für Unternehmen aller Größenordnungen ein Allzeithoch erreicht hat. Heute stellen Tausende von Unternehmen 3D-Drucker her und bieten eine breite Palette von Dienstleistungen unter Verwendung der 3D-Drucktechnologie an.

Diese Phase markiert die Reife der 3D-Drucktechnologie, da Unternehmen beginnen, sie in ihre Produktionsprozesse für Anwendungen in einer Vielzahl von Bereichen zu integrieren, darunter Prototyping, kundenspezifische Fertigung, Medizin und Luft- und Raumfahrt. Technologische Fortschritte haben die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des 3D-Drucks kontinuierlich verbessert und seine weitverbreitete Akzeptanz weiter vorangetrieben.