Was ist 3D-Druck? Einfacher Guide für Einsteiger

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Mit dem 3D-Druck lassen sich dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht an einem Stück herstellen. Das Besondere am 3D-Druck ist, dass sich mit dieser Technologie Geometrien umsetzen lassen, die mit anderen Fertigungsverfahren nicht möglich sind.

Auch ist die Geschwindigkeit der Herstellung den meisten anderen Herstellungsverfahren weit überlegen. Der 3D-Druck ist daher sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich schon weit verbreitet.

Dieser Artikel soll einen Überblick über die 3D-Drucktechnologie und Anfängern einen sicheren Einstieg in das Thema bieten. Wir schauen uns die einzelnen 3D-Drucktechnologien an, welche Anwendungen sie im Moment haben und wie ein 3D-Druckprozess im Detail abläuft.

Am Ende des Artikels wirst du einen guten Überblick über den 3D-Druck und seine Anwendungen haben und wissen, welche der 3D-Drucktechnologien für dich die richtige ist.

Falls du dich für den Hobby 3D-Druck interessierst und die theoretischen Themen umgehen möchtest, solltest du dir diesen Artikel durchlesen: Der Einstieg in den 3D-Druck | Anleitung für Anfänger

Kurze Geschichte des 3D-Drucks

Die ersten Ideen für den 3D-Druck kamen schon sehr früh in den 1940er und 1950er-Jahren auf. Wie bei vielen anderen modernen Technologien entstanden die ersten Ideen für den 3D-Druck in Science Fiction Geschichten.

Die ersten 3D-Drucker, die erfolgreich angewendet wurden, wurden jedoch erst in den 1980er-Jahren entwickelt. Diese Geräte waren aber sehr kostspielig und die Technologie befand sich noch in den Kinderschuhen und in der Forschung.

Die heute am verbreitetsten Technologien, FDM und SLA 3D-Druck, wurden auch in den 1980er-Jahren patentiert. Chuck Hull ist einer der Erfinder des SLA 3D-Drucks und reichte sein Patent dazu 1984 ein. S. Scott Crump reichte sein Patent für den FDM 3D-Druck 1989 ein.

Seitdem die jeweiligen Patente abgelaufen sind, können Hersteller die jeweiligen Technologien verwenden, ohne dafür Lizenzgebühren zu zahlen. Dadurch ist ein Markt für günstige 3D-Drucker entstanden und verbreitete den 3D-Druck so exponentiell in allen Bereichen.

Mittlerweile ist der 3D-Druck schon so weit entwickelt, dass es preiswerte Geräte für Hobbyisten gibt. Auch in der Industrie ist er in vielen Branchen zum Standard oder zu einer lohnenden Alternative geworden.

Wie funktioniert der 3D-Druck?

Schritte im 3D-Druckprozess

Egal um welche 3D-Drucktechnologie es sich handelt, sind die einzelnen Schritte im Druckprozess immer gleich. Am Anfang steht nach der Idee eine digitale Datei des Objekts, die dann in einer geeigneten 3D-Druck Software für den Druck vorbereitet wird.

Danach wird das Objekt mit der gewählten 3D-Druckmethode gefertigt und muss danach noch gegebenenfalls nachgearbeitet werden.

STL Datei

Eine STL (Stereolithografie) Datei ist ein weit verbreitetes Format im 3D-Druck. Andere Formate, die gerne für den 3D-Druck verwendet werden, sind OBJ und 3MF.

Eine STL Datei beschreibt die Oberfläche eines Objekts mithilfe vieler kleiner Dreiecke. Diese Art der dreidimensionalen Darstellung eines Objekts kann von den meisten Programmen für den 3D-Druck gelesen werden.

Alle gängigen CAD Programme können STL Dateien generieren und eignen sich so für den 3D-Druck. Für den privaten Bereich sind Browser-basierte Programme wie TinkerCAD und professionellere Programme wie Fusion360 beliebt.

Im privaten Bereich ist es üblich, auf die Objekte anderer Nutzer zurückzugreifen, sodass man nicht selbst 3D-Objekte erstellen muss. Dafür gibt es zahlreiche Portale, auf denen solche Objekte geteilt und angeboten werden. Beispiele für solche Portale sind Thingiverse, Cults3D oder MyMiniFactory.

Sobald du das Objekt fertig konstruiert oder dir ein fertiges Objekt auf einer der Portale heruntergeladen hast, kannst du es in einem sogenannten Slicer für den 3D-Druck vorbereiten.

Slicen

Die Programme, die beim 3D-Druck die STL Dateien in eine Sprache umwandeln, die 3D-Drucker verstehen können, heißen Slicer. Ihr Name kommt daher, dass sie das Objekt in viele kleine Schichten schneiden, die vom 3D-Drucker Schritt für Schritt gedruckt werden.

In einem Slicer werden wichtige Eigenschaften des Objekts bestimmt, wie die Schichthöhe und die Dichte. Je kleiner die Schichthöhe ist, desto feiner wird die Oberfläche. Besonders beim FDM 3D-Druck ist dies ein klassisches Merkmal, an dem man ein 3D-gedrucktes Objekt erkennen kann.

Durch den Code, den der Slicer generiert, weiß der 3D-Drucker, wo und wann er das Material deponieren muss. Daher gibt es für die meisten 3D-Drucktechnologien eigene Slicer, da sich die Befehle teilweise stark unterscheiden.

Falls du einen schnellen Einstieg in den 3D-Druck suchst, kann ich dir Cura für FDM 3D-Drucker und ChiTuBox für Resin 3D-Drucker empfehlen. Diese beiden Programme sind für die jeweiligen Drucktechnologien die beliebtesten Slicer, bieten einen einfachen Start und lassen sich auch detailliert konfigurieren, sodass sie auch für Profis interessant sind.

Nach dem Slicen kann der fertige Code zum 3D-Drucker gebracht werden. Dies geschieht entweder per Kabel direkt vom PC oder über einen geeigneten Datenträger.

3D-Drucken

Je nachdem, welche 3D-Drucktechnologie angewendet wird, muss der 3D-Drucker vor dem Druck vorbereitet werden. Meistens besteht dies aus dem Laden von Material (Filament/Harz/Pulver/etc.) und dem Aufheizen des Druckbetts. Das Druckbett ist die Oberfläche, auf dem das Objekt Schicht für Schicht gedruckt wird.

Die einzelnen Schichten werden aufeinander gedruckt, bis das Objekt fertig ist. Gewissermaßen werden die Schichten addiert, wodurch der 3D-Druck auch additive Fertigung genannt wird.

Der große Vorteil des 3D-Drucks ist seine Schnelligkeit. Die meisten Objekte sind innerhalb von wenigen Stunden und maximal weniger Tage fertig gedruckt. Bei den meisten 3D-Drucktechnologien ist diese Zeit reine Wartezeit, da der 3D-Drucker eigenständig läuft. Komplexe Geometrie können so an einem Stück gefertigt werden, ohne zusätzliche Arbeitsschritte zu benötigen.

Nach dem Druck muss das fertige Objekt gegebenenfalls noch etwas nachgearbeitet werden. Je nach Technologie muss das Objekt noch ausgehärtet, von überstehenden Materialresten oder Stützstrukturen befreit werden.

Bei den meisten 3D-Drucktechnologien können Überhänge nur bis zu einem bestimmten Winkel gedruckt werden, ohne dass sie durchhängen. Damit solche Überhänge trotzdem gedruckt werden können, werden darunter Stützstrukturen gedruckt, die nach dem Druck entfernt werden.

Arten von 3D-Drucktechnologien

Der 3D-Druck, auch als Additive Fertigung bekannt, ist ein Fertigungsprozess, bei dem Objekte Schritt für Schritt aus einzelnen Schichten aufgebaut werden.

Auch wenn das Prinzip im 3D-Druck immer gleich ist, können verschiedenste Verfahren und Materialien verwendet werden. Entweder wird heißes Material aufeinander gedruckt, eine Flüssigkeit Schicht für Schicht ausgehärtet oder Sand oder Pulver Schicht für Schicht verflüssigt und/oder ausgehärtet.

FDM – Fused Deposition Modeling

Der FDM 3D-Druck ist eine der am weitesten verbreiteten 3D-Drucktechnologien. Im privaten Bereich ist sie mit Abstand die beliebteste.

Beim FDM 3D-Druck wird Kunststoff, genauer gesagt Thermoplastik, als Filament durch eine heiße Düse Linie für Linie und Schicht für Schicht auf einem Druckbett aufgetragen. Dadurch lassen sich jegliche Geometrien realisieren, bei gleichzeitig sehr niedrigen Kosten und einer kurzen Fertigungsdauer.

Ein FDM 3D-Drucker besteht hauptsächlich aus einem Druckkopf, der relativ zum Objekt dreidimensional im Raum bewegt werden kann. Im Druckkopf steckt das sogenannte Hotend, durch das das Filament geführt und aufgeheizt wird. Am Ende sitzt die heiße Düse (Nozzle) durch die das heiße und flüssige Filament extrudiert wird.

Das heiße Filament wird auf ein Druckbett aufgetragen, auf dem es erstarrt. Nachdem auf diese Weise eine Schicht auf das Druckbett aufgetragen wurde, fährt der Druckkopf ein Stück nach oben und druckt auf der vorherigen Schicht die nächste. So entsteht sukzessiv das Objekt aus Kunststoff.

FDM 3D-Drucker können aber auch Verbundstoffe wie Kunststoff-Filament mit Carbonfasern und reines Metall drucken. Letzteres ist besonders für die Industrie interessant, ist aber bei Weitem noch nicht so ausgereift und weit verbreitet wie andere Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Stanzen, Gießen oder Sintern.

Mittlerweile gibt es viele preiswerte Einsteiger 3D-Drucker, mit denen jeder einen schnellen und einfachen Einstieg in den 3D-Druck findet. Auch sind die Zeiten vorbei, in denen man sich seinen eigenen 3D-Drucker aus Einzelteilen zusammenbauen musste und sich mehr mit dem Gerät als mit dem Drucken beschäftigt hat. Selbst günstige FDM 3D-Drucker ähneln immer mehr Plug-and-Play Produkten, die verlässlich Objekte produzieren.

SLA – Stereolithografie

Beim SLA (Stereolithographie) 3D-Druck wird flüssiger Kunstharz (Resin) Schicht für Schicht durch Licht ausgehärtet.

Unter einem Behälter mit flüssigem Resin befindet sich eine leistungsstarke Lichtquelle, meistens im UV-Spektrum, die nach wenigen Sekunden das Kunstharz aushärtet. Zwischen der Lichtquelle und dem Harz befindet sich eine dünne transparente Folie, die den Bildschirm schützt.

Das Druckbett startet am Grund des Harzbehälters und wird Schicht für Schicht nach oben gefahren. Die erste Schicht wird auf dem Druckbett ausgehärtet, die zweite haftet auf der ersten Schicht, und so weiter. Dieser Prozess wird für jede Schicht des Objekts wiederholt, bis das endgültige Objekt fertiggestellt ist.

Der SLA 3D-Druck ist extrem genau und kann Schichtdicken von 0,01 mm mit XY-Auflösungen im Bereich von 20-50 µm realisieren. Dadurch ist er für viele Industriebereiche und spezielle Anwendungen im privaten Bereich hervorragend geeignet. Dazu zählt unter anderem die Juwelierkunst, der Prototypenbau oder das Drucken von Spielfiguren, Cosplay-Ausrüstung und Miniaturen, die angemalt werden können.

Der Nachteil des SLA 3D-Druck ist, dass meist giftige Kunstharze verwendet werden müssen. Neben der Handhabung dieser Harze ist auch die Nachbearbeitung der fertigen Objekte aufwendiger als bei anderen 3D-Drucktechnologien.

Zwar wurde das Harz während des Drucks schon teilweise ausgehärtet, es muss jedoch nach dem Druck noch einmal durch eine UV-Lichtquelle nachgehärtet werden. Davor müssen jegliche Harzreste abgewaschen werden, vorwiegend mit Isopropanol.

Mit etwas Übung und der richtigen Schutzausrüstung wie Handschuhe und Atemschutz ist diese Handhabung kein Problem und die Nacharbeit schnell erledigt, schreckt jedoch viele Anfänger ab.

Insgesamt ist der SLA 3D-Druck eine sehr vielseitige und verbreitete 3D-Drucktechnologien, die sich ideal für hochqualitative und detaillierte Objekte eignet. Selbst günstige Einsteiger SLA 3D-Drucker können mittlerweile glatte Oberflächen herstellen, die mit hochqualitativen Spritzguss Teilen mithalten können.

Material Jetting

Der Material Jetting 3D-Druck ist bisher nur größeren Firmen in der Industrie vorbehalten, da geeignete 3D-Drucker mehrere 10.000 bis 100.000 € kosten. Dafür sind die möglichen Ergebnisse durch das Material Jetting sehr beeindruckend.

Bei diesem 3D-Druckverfahren werden ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker verschiedene Materialien flüssig gedruckt. Der große Vorteil an diesem Verfahren ist die hohe Vielfalt der möglichen Materialien. Es können sowohl farbige weiche und harte Photopolymere, Wachs und essbare Materialien gedruckt werden.

Dadurch sind wie oben abgebildet Objekte möglich, die sowohl aus harten Komponenten, als auch weichen und flexiblen Teilen bestehen. Dadurch ist diese Technologie sehr interessant für verschiedenste Industrien. Je weiter diese Technologie entwickelt wird, desto günstiger werden die verwendeten 3D-Drucker. Dadurch wird sich die Technologie immer stärker in der Industrie verbreiten und eines Tages eine große Zahl unserer Produkte drucken.

Binder Jetting

Im Binder Jetting 3D-Druck platziert der Druckkopf Binder-Material auf ein Bett aus Pulver. Dieses Pulver kann aus Metall, Keramik oder Sand bestehen. Der Binder klebt dieses Pulver zusammen und fügt so das Objekt zusammen.

Die großen Vorteile dieses 3D-Druckverfahrens sind, dass relativ schnell große Objekte gedruckt werden können und verschiedenste Materialien dafür verwendet werden können. Daher ist Binder Jetting besonders für die Industrie interessant.

Neben den hohen Kosten im Vergleich zum Hobby 3D-Druck, ist einer der Nachteile des Binder Jetting, dass die fertigen Teile eine komplexe Nacharbeit benötigen, um stabil zu werden.

Durch den Druckprozess fließt das Binder-Material relativ unkontrolliert, aber trotzdem genau durch das Pulver. Dadurch können einerseits relativ detaillierte Geometrien erschaffen werden, die Oberfläche ist aber meistens sehr rau und porös. Daher ist Binder Jetting für manche Einsatzzwecke nicht geeignet oder die Nacharbeit wird noch komplexer.

Powder Bed Fusion

Beim Powder Bed Fusion 3D-Druck schmilzt und verbindet ein Laser Plastik, Metall oder Keramikpulver Schicht für Schicht zu einem Objekt.

Da hier ein Laser zum Einsatz kommt, sind die Genauigkeiten sehr hoch. Je nach Stärke des Lasers können auch verschiedenste Materialien verarbeitet werden, wodurch sich diese Technologie für die Industrie, Zahnmedizin und andere medizinische Bereiche eignet.

Der Vorteil gegenüber Binder Jetting ist, dass Objekte, die mit dieser 3D-Drucktechnologie hergestellt wurden, wesentlich stabiler sind. Der Nachteile sind jedoch, dass der Prozess wesentlich länger dauert und die Kosten pro Objekt mit der Stärke des Lasers steigen.

Auch bei dieser 3D-Druckmethode ist eine aufwändige Nacharbeit nötig, um die gewünschte Oberflächenqualität und Materialeigenschaften zu erzielen.

Sheet Lamination

Obwohl der Sheet Lamination 3D-Druck auch in rudimentärer Form mit Papier oder Pappe durchgeführt werden kann, ist er im privaten Bereich weniger bekannt und verbreitet.

Bei dieser 3D-Drucktechnologie werden Materialschichten übereinander miteinander verbunden, jede Schicht wird dabei einzeln ausgeschnitten und auf die letzte Schicht geklebt. Dadurch lassen sich auch relativ komplexe und genaue Konturen abbilden. Die Auflösung ist dabei von der Schneidetechnik und der Dicke der Materialschichten abhängig.

Die Nachteile dieser Technik sind, dass die Oberflächenqualität relativ schlecht und bei Metall auch scharfkantig sein kann. Außerdem ist die Stärke und Haltbarkeit des Objekts nicht mit anderen 3D-Drucktechnologien vergleichbar.

Directed Energy Deposition

Der Directed Energy Deposition 3D-Druck ähnelt dem FDM 3D-Druck. Nur wird hier das Material nicht durch eine Düse erhitzt und extrudiert, es wird durch einen starken Elektronenstrahl oder Laser geschmolzen und direkt auf der darunter liegenden Schicht deponiert.

Wie du dir vorstellen kannst, sind hierfür Gerätschaften industriellen Ausmaßes erforderlich. Dadurch ist die Verfügbarkeit sehr limitiert, da hier für ein hohes Budget und eine spezielle Ausbildung nötig ist.

Für jeden, der über das nötige Budget und das Know-how verfügt, kann sich der Einsatz dieser 3D-Drucktechnologie jedoch lohnen. Sie kann hochgenaue und sehr stabile Objekte herstellen, weshalb diese Technologie häufig in der Luft und Raumfahrt anzutreffen ist.

Neben den Kosten und den schwierigen Sicherheitsaspekten ist auch die langsame Produktionsgeschwindigkeit ein Nachteil, der diese 3D-Drucktechnologie noch weiter in spezielle Nischen drängt.

Materialien für den 3D-Druck

Einer der faszinierendsten Aspekte des 3D-Drucks ist die große Materialauswahl. Im privaten Bereich dominieren hier thermoplastische Filamente und Kunstharze. Im professionellen Bereich kommen dazu noch Metalle, Keramiken, Sand und diverse Verbundstoffe.

Thermoplastik

Thermoplastische Filamente verflüssigen sich, wenn sie erhitzt werden und erstarren wieder, wenn sie abkühlen. Dies ist das Grundprinzip auf dem Filament FDM 3D-Druck basiert.

Das Filament wird im Hotend auf die Drucktemperatur, die meistens über 200 °C liegt, erhitzt, durch die Düse extrudiert und auf ein Druckbett aufgetragen. Dort erstarrt das Filament, wodurch das Objekt Schicht für Schicht aufeinander gedruckt werden kann.

Es gibt viele verschiedene thermoplastische Kunststoffe, die für den 3D-Druck verwendet werden können. Die beliebtesten Kunststoffe sind PLA, ABS, PETG und TPU.

• PLA ist biologisch abbaubar, günstig und einfach zu drucken. Dafür ist es nicht so stabil wie ABS oder PETG.
• ABS ist stark, schlagfest und auch in der Industrie weit verbreitet. Unter anderem wird es häufig für Elektronikgehäuse oder Spielzeug verwendet. Es ist jedoch im Vergleich zu PLA wesentlich schwieriger zu drucken, da es sich beim Abkühlen stark zusammenzieht.
• PETG ist auch ein starkes Filament, haltbar und hitzebeständig. Es eignet sich unter anderem ideal für Objekte, die im Außenbereich verwendet werden.
• TPU ist das beliebteste flexible Filament im FDM 3D-Druck. Es weist eine große Stoßfestigkeit auf und hat durch seine Flexibilität besondere Anwendungsmöglichkeiten.

Neben diesen Standard Filamenten gibt es immer noch weitere thermoplastische Kunststoffe, die für den 3D-Druck verwendet werden können. Dazu zählen Nylon, PP, PC, HIPS und viele andere. Im industriellen Bereich werden auch noch anspruchsvollere Kunststoffe wie PEEK zum 3D-Druck verwendet.

Verbundstoffe

Da bei den meisten 3D-Druckverfahren Material geschmolzen und wieder gefroren wird, lassen sich auch verschiedenste Materialien miteinander kombinieren. Vor allem im Filament 3D-Druck sind Verbundstoffe daher sehr beliebt.

Hier gibt es viele Kombinationen aus Standard PLA Filament mit diversen Zusätzen von Holz- bis Metallflocken. Auch Carbon verstärkte Filamente sind sehr beliebt, um tragende Teile oder solche mit einem mechanischen Zweck zu drucken.

Es gibt auch viele Filament-Sorten, die miteinander kombiniert werden, wie PC-ABS Filament. Die beiden einzelnen Filamente sind an sich schon sehr widerstandsfähig und stark, ihre Kombination erzeugt jedoch ein noch zäheres und härteres Endprodukt.

Der Nachteil an diesen Verbundstoffen ist jedoch, dass ihre Herstellung anspruchsvoller ist. Vor allem harte Zusätze wie Metallflocken oder Steinpulver können weiche Düsen schnell abnutzen. Falls du vorhast, häufig mit solchen Filamenten zu drucken, würde ich dir zu einer härteren und größeren Nozzle raten.

Kunstharz

Kunstharze oder Resine erzeugen extrem genaue Oberflächen. Da das SLA 3D-Druckverfahren relativ kostengünstig umsetzbar ist, sind Kunstharz 3D-Drucker auch im privaten Bereich sehr verbreitet und beliebt.

Kunstharze für 3D-Drucker bestehen aus Polymeren, die sich durch den Eintrag von Energie (meistens UV-Licht) stärker vernetzen und aushärten. Da sich Licht sehr genau positionieren lässt, können auch winzige Pixelgrößen umgesetzt werden.

Zwar gibt es auch verschiedenste Kunstharze mit unterschiedlichen Eigenschaften, die Materialauswahl ist aber bei Weitem nicht zu groß wie beim Filament FDM 3D-Druck. Neben Standard Resinen gibt es auch wasserlösliche Kunstharze, ABS-ähnliche Kunstharze, transparente Materialien und Kunstharze, die für Auslösungen von 8K und höher ausgelegt sind.

Der Nachteil an Kunstharz ist jedoch, dass er giftig ist. Zumindest im flüssigen Zustand reizt er die Haut, die Atemwege und ist beim Verschlucken giftig. Erst im ausgehärteten Zustand ist es sicher, das Objekt anzufassen und weiter zu bearbeiten.

Auch sind die Dämpfe, die beim Drucken von Kunstharz-Objekten entstehen, giftig. Daher ist es unumgänglich beim Umgang mit Kunstharzen geeignete persönliche Schutzausrüstung zu tragen und am besten den Raum in dem gedruckt wird zu meiden und nach dem Druck gut zu lüften.

Metall

Schneller, kostengünstiger, einfacher und stabiler FDM 3D-Druck mit Metall ist der heilige Gral der Fertigungsindustrie. Noch ist der 3D-Druck mit Metall jedoch noch bestimmten Nischen vorbehalten, in denen komplexe Komponenten am besten aus einem Stück gefertigt werden müssen und der Preis irrelevant ist.

Zwar gibt es schon erschwinglichere Metall FDM 3D-Drucker (z.B von Ultimaker), Objekte mit einer glatten Oberfläche und einer stabilen Struktur zu drucken, ist jedoch noch nicht für die breite Masse tauglich.

Im Prinzip funktioniert der FDM 3D-Druck mit Metall genauso wie bei Kunststoff. Das Metall wird geschmolzen, in Schichten aufgetragen und erstarrt. Der offensichtliche Vorteil ist, dass Objekte aus Metall wesentlich stabiler sind als aus Kunststoff oder Kunstharzen. Der Nachteil sind die hohen Kosten.

Metall kann aber auch als Pulver im 3D-Druck verarbeitet werden.

Pulver

Das Pulver, welches für den 3D-Druck verwendet werden kann, kann aus Metall, Keramiken oder Kunststoffen bestehen. Daher sind auch mit dieser Materialart verschiedenste Anwendungen möglich.

Zu den wichtigsten 3D-Druckverfahren, die mit Pulver arbeiten gehören Binder Jetting, Direct Energy Deposition und Powder Bed Fusion (siehe oben).

Besonders der Einsatz von Metallpulver im 3D-Druck ist in der Luftfahrt, der Medizin und der Automobilindustrie verbreitet, da sich damit schnell komplexe Objekte aus einem Stück herstellen lassen.

Anwendungen des 3D-Drucks

Durch die große Auswahl an Materialien, die schnelle Produktion von Teilen und die Realisierung besonderer Geometrien hat der 3D-Druck viele Möglichkeiten der Anwendungen.

Dabei gibt es neben dem Prototypenbau bis zur Serienfertigung im professionellen Bereich und im privaten Bereich für Hobby und Kunst noch viel mehr Anwendungen für den 3D-Druck.

Hobby

Der 3D-Druck ermöglicht Hobbyisten, kreative Ideen mit verschiedensten Materialien und beinahe beliebigem Detailgrad zu verwirklichen. Auch ist der praktische Nutzen für Ersatzteile oder andere Verbesserungen im Haushalt sehr beliebt.

Die Herstellung von Produkten im eigenen zu Hause ist für viele Anwender sehr ansprechend, da es Lieferzeiten und -kosten reduziert und oft mehr Freiheiten erlaubt als fertige Produkte zu kaufen.

Auch ist der Einstieg in den Hobby 3D-Druck immer einfacher geworden, da selbst die günstigen Einsteiger 3D-Drucker immer besser werden und verlässliche Ergebnisse liefern.

Durch den einfachen Einstieg und weite Verbreitung des 3D-Drucks im privaten Bereich gibt es große Communitys, in denen 3D-Objekte getauscht und gehandelt werden. Dies erlaubt es Anwendern auch Objekte zu drucken, ohne jemals ein CAD-Programm nutzen zu müssen.

Bau von Prototypen in Design und Industrie

In den späteren Phasen des Produktdesigns müssen Prototypen hergestellt werden, um die Geometrie und Funktionen zu testen. Damit dafür nicht alle Herstellungsverfahren schon entwickelt sein müssen, bietet der 3D-Druck eine schnelle Möglichkeit diese Produkteigenschaften innerhalb von Stunden zu testen.

Da besonders der FDM 3D-Druck schnell und günstig ist, kann das Produkt sofort gedruckt werden, sobald eine CAD-Version des Produkts vorhanden ist. Die Entwicklung von komplexen Objekten wird dadurch beschleunigt, da die Geometrie direkt getestet werden kann und Fehler früher festgestellt werden können.

Die Zeit, die zwischen der Idee und der Veröffentlichung des Produkts vergeht, wird durch den schnellen Prototypenbau mit dem 3D-Druck stark verkürzt.

Herstellung von Konsumgütern

Auch in der Herstellung von Konsumgütern werden die einzigartigen Möglichkeiten des 3D-Drucks häufig eingesetzt. Besonders die Schnelligkeit und Flexibilität des 3D-Drucks ist sehr interessant für Hersteller, die viele kleine Serien herstellen.

Damit für jedes neue Produkt nicht die komplette Fertigung neu strukturiert werden muss, kann ein 3D-Drucker einfach mit einer neuen CAD-Datei gefüttert werden.

Noch werden die meisten Konsumgüter jedoch durch traditionelle Herstellungsverfahren wie Spritzguss oder Metall fräsen hergestellt. Bis sich der 3D-Druck dominierend auf dem Markt verbreitet, wird noch viel Zeit vergehen, wenn es überhaupt so weit kommt. Damit der 3D-Druck nicht nur eine Nischen-Technik in der Industrie bleibt, muss die Genauigkeit mancher Verfahren und die resultierende Stabilität des Objekts erhöht werden und die Kosten gesenkt.

Automotive

Lange Zeit war der einzige Zweck des 3D-Drucks in der Automobilindustrie Werkzeuge für die manuelle Fertigung und Prototypen für die Entwicklung herzustellen. Mittlerweile ist die Qualität der 3D-gedruckten Teile jedoch so gut, dass sie auch als im Endprodukt verbaut werden können.

Ein großer Vorteil, der damit zusammenhängt, ist die Logistik von Ersatzteilen. Jeder Automobilhersteller muss Ersatzteile für mindestens zehn Jahre aufbewahren. Je nachdem wie viele Ersatzteile es gibt und wie viele Autos im Umlauf sind, kann die Lagerung und Produktion dieser Ersatzteile sehr kostspielig sein.

Wenn zumindest ein Teil davon 3D-druckbar ist, können diese Ersatzteile bei Bedarf gedruckt werden. Dadurch sind die Lagerkosten fast nicht mehr existent.

Luftfahrt

Teile für die Luftfahrt herzustellen ist sehr aufwendig, da diese Art der Fertigung strengen Regeln und Zertifizierungen unterliegt. Jede Art der Kostenreduzierung ist also für die meisten Hersteller sehr willkommen, solange alle Sicherheitsaspekte und Funktionen gegeben sind.

Daher findet der 3D-Druck häufig Anwendung in der Luftfahrtindustrie für einfache Teile wie Luftkanäle oder sonstige kleine Plastikteile.

Aber wie in vielen anderen Industrien auch, wird der 3D-Druck in der Luftfahrtindustrie häufig für den Prototypenbau verwendet. Durch miniaturisierte Prototypen von Flugzeugen lassen sich schnell ihre aerodynamischen Eigenschaften und Design-Konzepte testen.

Bildung

In der heutigen Gesellschaft reicht es nicht mehr aus, Kindern nur den Umgang mit Sprachen und Mathematik beizubringen. Moderne Technologie muss auch früh erlernt werden. Der 3D-Druck ist dabei ideal geeignet, da er sowohl den physischen Umgang mit Fertigungstechniken vermittelt, als auch die Bedienung und Programmierung über einen Computer.

Aber auch an Universitäten für Architektur, Maschinenbau oder Produktdesign kann ein 3D-Drucker den Studenten helfen, ihre Ideen und digitalen Objekte zu realisieren.

Medizin

Durch die Flexibilität des 3D-Drucks und die Möglichkeit komplexe Objekte aus einem Stück zu fertigen, ist der 3D-Druck in der Medizin weit verbreitet. Er wird hier für individuell angepasste Prothesen, anatomische Modelle, Operationsbesteck von Robotern und für Patient-spezifische Modelle für die Planung von Operationen angewendet.

Hausbau

Mittlerweile gibt es schon die ersten Gebäude, die größtenteils 3D-gedruckt wurden. Der Prozess basiert auf dem FDM 3D-Druck und druckt die Wände des Hauses Schicht für Schicht aus Beton.

Hersteller solcher Gebäude versprechen einen schnelleren, sicheren und stabileren Bau dieser Häuser bei gleichzeitig geringeren Kosten.

Auch wurde dieses Prinzip schon für den Bau einer Mars Basis ins Gespräch gebracht, da das Baumaterial direkt vor Ort angemischt werden und ein Roboter die Häuser autonom drucken kann.

Lebensmittel

Genauso wie thermoplastische Kunststoffe gibt es auch Nahrungsmittel, die bei hohen Temperaturen flüssig sind und bei Raumtemperatur erstarren. So lässt sich zum Beispiel auch Schokolade drucken. In Kombination mit einem Ofen können auch Gebäcke in komplexen Strukturen gedruckt werden.

Spannend wird es, wenn man echtes Fleisch drucken kann. Bisher gibt es zwar Firmen, die fleischähnliche Produkte 3D-drucken, diese basieren jedoch häufig auf pflanzenbasierten Materialien.

Mode

In der Modeindustrie ist der 3D-Druck noch nicht wirklich angekommen. Es gibt jedoch viele Designer, die kreative Ideen damit verwirklichen. Zwar sind die meisten dieser Ideen eher extravagant als praktisch und würden im täglichen Gebrauch sofort brechen, es gibt aber auch interessante Kombinationen aus hartem Kunststoff, der im Kleidungsstück eingearbeitet wird.

Architektur

Wie auch in vielen herstellenden Industriezweigen wird der 3D-Druck in der Architektur für Prototypen und Modelle verwendet. Konzeptdesigns können so schnell geprüft und vorgestellt werden. Oft hilft es, das designte Objekt in der Hand zu halten, um Verbesserungen und Fehler zu entdecken.

Juwelierkunst

In der Juwelierkunst wird hauptsächlich der hochgenaue SLA 3D-Druck angewendet. Damit lassen sich sehr feine und komplexe Objekte herstellen, die teilweise mit traditionellen Methoden nicht herstellbar sind.

Häufig wird hier ein Prototyp aus Kunstharz gedruckt, eine Negativform davon hergestellt, die im Anschluss mit Metall geflutet werden kann.

Fazit

Der 3D-Druck ist eine revolutionäre Technologie. Sie hat sich in den vergangenen Jahren schnell weiterentwickelt und findet nicht nur in der Industrie, sondern auch im privaten Sektor viele Fans.

Der 3D-Druck ermöglicht es flexiblere Produktionen zu erschaffen und Geometrien zu produzieren, die mit anderen Methoden nicht möglich wären.

Ich hoffe dieser Artikel hat dich dazu inspiriert mehr über den 3D-Druck zu erfahren. Egal, ob du ein Hobbyist, ein Profi oder einfach nur neugierig bist, die Welt des 3D-Drucks wartet darauf, von dir entdeckt zu werden!

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