Was ist der 3D-Druck?

Der 3D-Druck ist ein additives 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.

Das ursprüngliche Konzept stammt aus den 1980er Jahren, als Dr. Kodama vom Städtischen Industrieforschungsinstitut in Nagoya eine Rapid-Prototype-Technik 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.

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 Luffahrt und in der Schmuckindustrie, bietet.

3D-Druck Technologien
Chuck Hull ließ als Erster die Stereolithographie patentieren.
3D-Druck Technologien
Schmelzschichtung oder FFF/FDM ist derzeit die populärste 3D-Drucktechnologie
3D-Druck Technologien
Carbon 3D, die derzeit schnellste 3D-Drucktechnologie

Die Entwicklung der 3D-Druck Technologien

Das Verfahren Stereolithographie verwendet als Druckmaterial flüssiges Harz, das unter UV-Licht aushärtet. Seit diesem ersten Fortschritt, sind im Laufe der Jahre zahlreiche neue Technologien im Bereich der additiven 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 mit der 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-Drucktechniken.

Seit den 90er Jahren, setzt die additive Fertigung ihren Erfolgskurs mit neuen 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 die israelische Firma Objet erfunden hat. Hierbei werden Tausende feine Polymertröpfchen durch einen Lichtblitz verfestigt, Das SLS Verfahren seinerseits hat sich so weiterentwickelt, dass es inzwischen auch eine additive Metallfertigung gibt, wie zum Beispiel das direkte Metall Laserintern, 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.

 

Trotz großens Wettbewerbes betreten viele Akteure den Markt, um schon bestehende Prozesse zu verbessern oder um die ursprünglichen Prozesse weiterzuentwickeln. Das Konstruktionsunternehmen EnvisionTec mit dem DLP(Digital Light Processing), das französische Prodways mit MovingLight oder auch Carbon3D mit CLIP haben Verfahren entwickelt, die von der Stereolithographie abgeleitet wurden. Im Jahr 2016, verkündete der Gigant HP zur Überraschung aller, den Markteintritt im Bereich der 3D-Drucker. Dieser sollte mit einer neuen geschützten Technik, namens MultiJet Fusion gelingen, die Pulverdruck und MaterialJetting kombiniert, um Plastikteile additiv zu drucken.

Heute jedoch, scheint Metall der neueste Trend für Maschinenhersteller zu sein. Unter den jungen Unternehmen sind BeAM Machines, XJet, Markforged, Fives AM, Desktop Metal und AdMetalFlex zu finden, wobei die Angebote von günstig, über verkürzte Druckzeiten bis hin zu unterschiedlichen, kompatiblen Metallen reichen. Für die Zukunft sollen im Jahr 2020 rund 17 Milliarden Dollar auf den 3D-Druckmarkt und die damit verbundenen Drucker, Druckmaterialien und damit einhergehende Dienstleistungen entfallen.

Die Entwicklung der 3D-Druckmaterialien

Die Entwicklung der 3D-Druckmaterialien 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 für die DLP Technologie, Filaments 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 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.