Was ist additive Fertigung?

Die additive Fertigung, auch 3D-Druck gennant, ist ein Fertigungsverfahren, das auf der 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, ein physisches Objekt Schicht für Schicht zu schaffen.

Das ursprüngliche Konzept zur additiven Fertigung stammt aus den 1980er Jahren, als Dr. Kodama vom Städtischen Industrieforschungsinstitut in Nagoya eine Technik für das sogenannte Rapid Prototyping entwickelte, mit welchem ein Objekt Schicht für Schicht hergestellt wurde. Im Jahr 1984 ließ zudem ein Team aus französischen Forschern ein Patent anmelden, welches jedoch einige Jahre später wieder aufgegeben wurde. Letztendlich war es Chuck Hall, der spätere Gründer von 3D Systems, für welchen das erste kommerzielle Patent im Jahre 1986 zugelassen wurde. Diese Technik kennen wir heute unter dem Namen Stereolithographie (SLA).

Diese erste Entwicklung markiert den Beginn der sogenannten vierten industriellen Revolution, welche heutzutage ganz neue Anwendungsmöglichkeiten in den unterschiedlichsten Bereichen, wie der Medizin, der Luft- und Raumfahrt oder der Schmuckindustrie bietet.

Chuck Hull, der Erfinder des ersten Patents für das additive Fertigungsverfahren SLA
Fused Deposition Modeling oder FDM gilt als eine der beliebtesten Verfahren der additiven Fertigung
CLIP:  ein ultraschnelles, additives Verfahren von Carbon3D
 
Additive Fertigungsverfahren und deren Entwicklung 
 
Eines der additiven Fertigungsverfahren ist die Stereolithographie. Dieses 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), 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 nennt sich Fused Deposition Modelling (FDM) und gehört heute wegen ihrer einfachen Handhabung und den relativ geringen Anschaffungskosten zu den populärsten Technologien der additiven Fertigung.
Seit den 90er Jahren setzt die Branche ihren Erfolgskurs mit neuen additiven Fertigungsverfahren, wie dem von ZCorp erfundenen Binder Jetting (Pulverdruck) fort. Bei diesem Verfahren werden mineralische Pulver, Bindemittel und Farbtinte verwendet. Außerdem findet eine Weiterentwicklung des PolyJetting oder Material Jetting statt, welches einst vom israelischen Unternehmen Objet (welches 2012 mit Stratasys fusionierte) erfunden wurde. Hierbei werden tausende feine Polymertröpfchen durch einen Lichtblitz verfestigt. Das SLS-Verfahren konnte sich inzwischen so weit entwickeln, dass sogar die additive Fertigung von Metallen möglich ist – zum Beispiel mit DMLS, welches von den Akteuren Phénix Systems, SLM Solutions, EOS oder Concept Laser vermarktet wird. In der gleichen Epoche hat die schwedische Firma Acram das Elekronenstrahlschmelzen (EBM) entwickelt.
 
 
Verschiedene Materialien für additive Fertigungsverfahren und deren Entwicklung
 
Die Entwicklung der 3D-Materialien für die additive Fertigung hat sich im Laufe der Zeit gewandelt, da die Materialien immer wieder an entsprechende Technologien angepasst werden müssen. Diese reichen von Plastik für FDM und Harze für SLA/DLP über Metallpulver für DMLS/SLM Verfahren bis hin zu Nylon für SLS. Neue Formate und Materialien werden ständig weiterentwickelt, um die Materialien noch widerstandsfähiger zu machen und eine noch bessere Druckqualität zu liefern. Außerdem finden sich bereits einige Beispiele, welche essbare Materialien zur Herstellung von Lebensmitteln, wie Fleischersatzprodukten nutzen.  Aktuell hat der Markt für 3D-Druckmaterialien eine entsprechende Größe, wie der Wohlers Report 2021 berichtet, und dieser wächst auch in Zukunft weiter. Viele Akteure setzen auf weiteres Wachstum, sodass im Jahr 2025 ein Marktvolumen in Höhe von 44,39 Milliarden US-Dollar erwartet wird.