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Aaron Pearson
Vice President of Public Relations

Geschichte des 3D-Drucks: Wie in der Branche alles begann

Heute gibt es überall 3D-Drucker. Seit den 1980er Jahren hat sich 3D-Druck zu einer Industrie mit mehreren Milliarden US-Dollar Umsatz weltweit entwickelt.


Vor der Einführung von 3D-Druck lebten Produktdesigner und Künstler in einer zweidimensionalen Welt und erstellten ihre Entwürfe auf Papier. Wenn ein 3D-Modell erforderlich war, mussten die Designer es durch den Zusammenbau von Einzelteilen bauen oder aus Rohlingen herausarbeiten. Diese Modelle wurden auch als Prototypen bezeichnet, die unter viel Zeit- und Geldaufwand gefertigt werden mussten. In den 1970er Jahren kam die CAD-Software heraus, um den Entwurfsprozesse zu verbessern. Die Designer ersetzten die mühsamen Handzeichnungen durch Computerskizzen. Dadurch wurde Zeit und Geld gespart, aber ein Modell konnten immer noch nicht ohne Weiteres erstellt werden.

Die Köpfe hinter den Druckern

Die Geschichte des 3D-Drucks wäre ohne die Erläuterung der Software, auf der die Drucker zurückgreifen, unvollständig. Vor Einführung der 3D-Software erstellten Designer und Ingenieure flache, zweidimensionale Zeichnungen, und Künstler machten aus diesen Entwürfen daraus 3D-Modelle. Der Prozess war langwierig und teuer. All das änderte sich mit der Erfindung der Software für 3D-Computer-Aided-Design (CAD).


Designer konnten damit ihre Ideen direkt in dreidimensionale Modelle verwandeln. Die erste Generation der 3D-CAD-Software war sehr teuer und erforderte Hochleistungs-Workstations. Unternehmen der Luft- und Raumfahrt und der Fahrzeugherstellung waren die Hauptbenutzer der frühen CAD-Software. Sie arbeiteten mit Software-Unternehmen zusammen, um die 3D-CAD-Technologie zu verbessern.


In der 3D-CAD-Software werden Modelle mithilfe von Gitternetzen aus geometrischen Formen erstellt. Designer können die Modelle auf ihren Computermonitoren ansehen und bearbeiten. STL-Dateien übersetzen Modelle in eine Sprache, die von 3D-Druckern verstanden wird. Slicer-Software schneidet das CAD-Modell für den Druck in virtuelle Schichten.


Heutzutage sind die Preise der 3D-CAD-Software auf für Konsumenten erschwinglich genug, um einen Desktop-3D-Drucker zu nutzen. Die Evolution der 3D-Drucktechnologie geht weiter und bring Verbesserungen in Qualität und Preis mit sich.

Stereolithografie

1982 war Chuck Hall ein Industriedesigner, der versuchte, ein Fertigungsproblem zu lösen. In einem Interview mit Industry Week erläuterte er das Problem: „Das Verfahren war folgendes: Das Bauteil wurde entworfen, dann die Kopien des Teils erstellt und mit dem Werkzeugmacher diskutiert, der die Spritzgussform für das Kunststoffteil erstellen würde. Dann wurde die Form zu einem Formhersteller gegeben, der das erste Bauteil in Spritzguss erstellt. Nach mindestens sechs, manchmal auch acht Wochen bekamst du dein erstes Bauteil zu sehen.“


Hall patentierte daraufhin einen Entwurf für einen 3D-Drucker für Stereolithografie (SLA). Er nutzte UV-Licht, um die Polymere schichtweise miteinander zu verschmelzen. Das Licht streicht über eine Polymerschicht, die aushärtet und senkt sich dann in ein Bad aus flüssigem Polymer ab. Jede Schicht härtet aus, bis eine Form entsteht.

Selective Laser Sintering

Der College-Schüler Carl Decker patentierte ein 3D-Druckverfahren unter Einsatz von Lasertechnologie. Selective Laser Sintering (SLS) nutzt Laserstrahlen, um thermoplastisches Pulver zu einer Form zu verbinden.

FDM (Fused Deposition Modeling)

1988 suchte S. Scott Crump nach einem einfacheren Weg, einen Spielzeugfrosch für seine Tochter zu erstellen. Mit einer Heißkleberpistole schmolz er Kunststoff ein und gab ihn in feinen Schichten ab. Er nannte seine Erfindung Fused Deposition Modeling (FDM).


Sein Gerät schmolz Kunststofffasern ein und trug sie in Schichten auf einer ebenen Fläche auf. Die Form entstand, da der Kunststoff abkühlte. Dann verwendete eine numerisch gesteuerte (numerically-controlled – NC) Software, um den Vorgang zu automatisieren. Mit seinem Patent in der Hand gründete Crump gemeinsam mit seiner Frau Lisa Stratasys. FDM® wird mittlerweile in vielen 3D-Druckern eingesetzt.

3D-Drucktechnologien bei der Arbeit

Prototyping ist noch immer der Anwendungsbereich, in dem 3D-gedruckte Modelle am häufigsten zur Anwendung kommen. Designer erstellen Modelle, um die Entwürfe in eine fassbare Form zu bringen. Dadurch können sie bereits im frühen Entwurfsstadium Änderungen und Verbesserungen vornehmen. 3D-gedruckte Bauteile aus Verbundstoffen und Metallen werden dann häufig als Endprodukte verwendet. Sie können auch als Gussform oder für den Werkzeugbau im Werk eingesetzt werden.


In dreißig Jahren wurde aus den Träumen einiger brillanter Köpfe eine boomende neue Branche. Von ihren harten, endlos langen Arbeitsstunden profitieren jetzt Millionen Erfinder, Künstler und Ingenieure.