Was ist additive Fertigung?

Die additive Fertigung oder auch der 3D-Druck ist ein Fertigungsverfahren, das auf der einfachen Idee basiert, ein numerisches Model in ein dreidimensionales Modell umzuwandeln. Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene 3D-Drucktechnologien in der Industrie entwickelt, die alle die Gemeinsamkeit haben, dass ein physisches Objekt Schicht für Schicht geschaffen wird. Dabei gibt es verschiedene 3D-Druck Verfahren

Das ursprüngliche Konzept stammt aus den 1980er Jahren, als Dr. Kodama vom Städtischen Industrieforschungsinstitut in Nagoya eine Technik für Rapid Prototyping entwickelte, die ein Objekt Schicht für Schicht herstellte. Im Jahr 1984, ließ ein Team von französischen Forschern ein Patent anmelden, das aber ein paar Jahre später wieder aufgegeben wurde. Es war letztendlich Chuck Hall, der spätere Gründer von 3D Systems, auf den das erste kommerzielle Patent im Jahre 1986 zugelassen wurde und zwar auf eine Technik, namens Stereolithographie oder auch SLA.

Diese erste Entwicklung markiert den Beginn, der, wie man heute sagt, vierten industriellen Revolution, die ganz neue Anwendungsmöglichkeiten in unterschiedlichsten Bereichen, wie zum Beispiel in der Medizin, in der Luftfahrt und in der Schmuckindustrie, bietet.

Chuck Hull, der Erfinder des ersten Patents für den 3D-SLA-Druck
Fused Deposition Modeling oder FDM ist eine der beliebtesten Verfahren der additiven Fertigung

 

CLIP:  eine neue ultraschnelles additives Verfahren von Carbon3D
 
Die Entwicklung der verschiedenen 3D-Druck Verfahren
 
Ein 3D-Druck Verfahren ist die Stereolithographie. Diese verwendet als Druckmaterial flüssiges Harz, das unter UV-Licht aushärtet. Seit diesem ersten Fortschritt, sind im Laufe der Jahre zahlreiche neue Technologien für die additive Fertigung entstanden. Im Jahr 1988, meldete der Professor Carl Deckard von der Universität in Texas das Selective Laser Sintering (SLS) oder auch Selektives Lasersintern genannt, zum Patent an. Hierbei wird Plastikpulver mithilfe eines Lasers verschmolzen. Zu der selben Zeit, entwickelte Scott Crump, der spätere Gründer der Stratasys Gruppe, die ersten 3D-Drucker für die Extrusion eines Kunststofffilaments. Diese patentierte Technik heißt Fused Deposition Modelling (FDM) und gehört heute wegen ihrer einfachen Handhabung und den relativ geringen Anschaffungskosten zu den populärsten 3D-Drucktechnologien.
Seit den 90er Jahren, setzt die Branche ihren Erfolgskurs mit neuen 3D-Druck Verfahren, wie dem, von ZCorp erfundenen, Pulverdruck (Binder Jetting) fort. Bei diesem Verfahren werden mineralische Pulver, Bindemittel und Farbtinte verwendet. Ausserdem entwickelte sich das PolyJetting oder das Materialjetting, das israelische Unternehmen Objet (welches 2012 mit Stratasys fusionierte) erfunden hat. Hierbei werden Tausende feine Polymertröpfchen durch einen Lichtblitz verfestigt. Das SLS Verfahren seinerseits hat sich so weiterentwickelt, dass inzwischen auch die additive Fertigung von Metallen möglich ist, zum Beispiel mit direktem Metall Laserintern (DMLS), das von den Akteuren Phénix Systems, SLM Solutions oder Concept Laser vermarktet wird. Gleichzeitig hat die schwedische Firma Acram in den 2000ern das Elekronenstrahlschmelzen (E-BEAM) entwickelt.
 
 
Die Entwicklung der verschiedenen Materialien für die additive Fertigung
 
Die Entwicklung der 3D-Materialien für die additive Fertigung hat sich im Laufe der Zeit gewandelt, da die Materialien immer wieder an die entsprechenden Technologien angepasst werden müssen. Diese reichen von Plastik, über Metall und Nylon bis hin zu essbaren Materialien, sowie Harz für die DLP Technologie, Filamente für FDM und Metallpulver für die DMLS Technologie. Neue Formate und Materialien werden ständig weiterentwickelt, um die Materialien noch widerstandsfähiger zu machen und eine noch bessere Druckqualität zu liefern. Aktuell hat der Markt für 3D-Druckmaterialien eine entsprechende Größe, wie im Wohlers Report 2019 berichtet, und er wächst täglich. Viele Akteure setzen auf weiteres Wachstum, sodass im Jahr 2021 ein Marktvolumen für Materialien in Höhe von 1,4 Billionen Dollar erwartet wird.