Wie funktioniert eigentlich ein 3D-Drucker?

Ob Autoteile, Kopfhörer oder Prothesen: Mittlerweile gibt es kaum etwas, das sich nicht dreidimensional drucken lässt. Forscher arbeiten sogar daran, menschliche Organe zu produzieren. Doch wie funktioniert eigentlich ein 3D-Drucker? 

Vor einigen Jahren entstand ein immenser Hype rund um den 3D-Druck. Entwickler erzählten von fantastischen Visionen, die sie für die Zukunft der Technologie planen. Viele der Vorhersagen haben sich zwar noch nicht bewahrheitet. Trotzdem findet der 3D-Druck heute in zahlreichen Bereichen Anwendung – beispielsweise in der Forschung, im Bauwesen und in der Industrie.

3D-Druck existiert bereits seit knapp 40 Jahren

Der erste 3D-Drucker wurde offiziell von Chuck Hull entwickelt. Der Erfinder reichte 1984 eine Patentanmeldung für das Stereolithografie-Verfahren ein und bekam das Patent auch zugesprochen. Er ist ebenfalls für die Entwicklung der STL-Schnittstelle verantwortlich und gründete 1986 das Unternehmen 3D Systems. Unter der Bezeichnung SLA-1 brachte es im Jahr 1987 den weltweit ersten 3D-Drucker auf den Markt.

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Ursprünglich kam die Technologie hauptsächlich für das sogenannte Prototyping in der Industrie zum Einsatz. Doch die Weiterentwicklung schritt schnell voran. Mittlerweile sind moderne 3D-Drucker erschwinglicher und benutzerfreundlicher und werden auch privat genutzt. Sogar komplette Häuser lassen sich mithilfe der Technologie herstellen.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Der 3D-Druck basiert auf dem Schicht-für-Schicht-Aufbau eines Objekts. Mithilfe eines additiven Verfahrens werden Materialien wie Kunststoff, Metall, Harz, Keramik oder Nahrungsmittel in vielen Layern übereinandergelegt, bis sie am Ende einen dreidimensionalen Gegenstand ergeben.

Bevor es zum eigentlichen Druck kommt, muss es allerdings zunächst ein digitales 3D-Modell geben. Eine Software zerlegt die Vorlage des zu druckenden Objekts in Hunderte dünne Schichten und exportiert eine Datei im sogenannten G-Code-Format. Dabei handelt es sich um eine ältere Programmiersprache, die dem Drucker genaue Anweisungen dazu liefert, wo das Material hinzugefügt werden soll.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Objekte in 3D zu drucken. Folgende Methoden sind derzeit am gebräuchlichsten:

• FFF (Fused Filament Fabrication) oder FDM (Fused Deposition Modeling): Druck mithilfe von Spulen aus Kunststoff-Fasern
• SLA (Stereolithografie): eine Technologie, die lichtempfindliches Harz verfestigt
• PBF (Powder Bed Fusion): eine Reihe von pulverbasierten Verfahren, welche beispielsweise die Partikel mit leistungsstarken Lasern verschmelzen
• Material- oder Binder Jetting: pulverförmiges Ausgangsmaterial wird an ausgewählten Stellen mit einem Binder verklebt

Die Vorteile des 3D-Drucks

Per 3D-Druck lassen sich hochkomplexe Objekte anfertigen, die mit konventionellen Methoden nicht hergestellt werden können. Einer der Hauptvorteile der Technologie ist allerdings die Geschwindigkeit.

Obwohl der eigentliche Druckvorgang Stunden oder sogar Tage beanspruchen kann, ist die Durchlaufzeit im Vergleich zu herkömmlichen Produktionsmethoden meist geringer.

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