Geschichte des 3D-Drucks

Heute sind 3D-Drucker überall zu finden. Seit Anfang der 1980er Jahre hat sich der 3D-Druck zu einer globalen Industrie mit einem Umsatz von mehreren Milliarden Dollar 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. Dies sparte Geld und Zeit, aber sie hatten immer noch keine einfache Möglichkeit, ein Modell herzustellen.

Die Geschichte des 3D-Drucks wäre ohne die Erläuterung der Software, auf der die Drucker zurückgreifen, unvollständig. Bevor es 3D-Software gab, erstellten Designer und Konstrukteure flache, zweidimensionale Entwürfe, und die Künstler erstellten aus diesen Entwürfen 3D-Modelle. Der Prozess war langwierig und teuer. Dies alles änderte sich mit der Erfindung der 3D-CAD-Software (Computer-Aided Design).

Designer konnten damit ihre Ideen direkt in dreidimensionale Modelle umsetzen. Die erste Generation der 3D-CAD-Software war sehr teuer und erforderte leistungsstarke Workstations. Unternehmen der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie waren die Hauptanwender 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 zerlegt 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 führt zu weiteren Verbesserungen bei Qualität und Preis.

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 besprochen, 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.

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

1988 suchte S. Scott Crump nach einer einfacheren Möglichkeit, einen Spielzeugfrosch für seine Tochter herzustellen. Mit einer Heißklebepistole 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 dem Patent in der Hand gründete Crump gemeinsam mit seiner Frau Lisa Stratasys. FDM® wird heute mittlerweile in vielen 3D-Druckern eingesetzt.

Der Prototypenbau ist nach wie vor die häufigste Anwendung für gedruckte 3D-Modelle. Designer erstellen Modelle, um die Entwürfe in greifbarer Form zu betrachten. 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 Menschen eine boomende neue Branche. Ihre harte Arbeit und ihre langen Arbeitsstunden kommen nun den Millionen von Erfindern, Künstlern und Konstrukteuren zugute.