Kategorie | Grundkurs 3D-Drucker



Teil 1: Entwicklung und Geschichte der 3D-Drucktechnologie


 

Digital Fabrication / Additive Manufacturing

Automatisierte Produktionssysteme sind bereits seit den 80er Jahren im Einsatz. Digital Fabrication dient dabei als Oberbegriff für computergesteuerte Produktion und beinhaltet verschiedene technische Verfahren. Als Grundlage für die Produktion dient dabei immer ein digitales 3D-Modell (bspw. in Form einer CAD Datei) das automatisiert verarbeitet wird.

 

Werbevideo von 3D Systems aus dem Jahre 1989:

Den Begriff “digital fabrication” unterteilt man dabei in:

  • Additive Verfahren: Ein bestimmter Gegenstand wird durch Hinzufügen, Auftragen und Ablagern von Material, anhand eines digitalen Modells erzeugt. Diese Verfahren werden auch “Generative Fertigung” genannt und bildet den Hauptbereich der “3D-Drucktechnologie”
  • Subtraktive Verfahren: Hier wird ein Rohmaterial mittels Fräsen, Drehen, Bohren und elektrische Verfahren wie Funkerodieren, also durch mechanische Abtragung von Material bearbeitet, um ein bestimmtes Objekt zu erzeugen. Zu dieser Kategorie gehören beispielsweise sogenannte CNC-Maschinen (CNC – Computerized Numerical Control).
  • Formende Verfahren: Bei diesen Verfahren wird ein Gegenstand durch Anwendung von mechanischen oder thermischen Verfahren geformt. Hierunter fallen beispielsweise Biegen, Pressen und Gießen.
  • Hybride Verfahren: Alle übrigen Verfahren die sich entweder nicht klar kategorisieren lassen oder mehrere Verfahren miteinander verbinden, werden als hybride Verfahren bezeichnet.

Von Rapid Prototyping zu Rapid Manufacturing

Während man früher Modelle und Prototypen manuell erstellte, werden heute automatisierte Produktionsverfahren verwendet. Anstelle vom händischen Modellbau mittels Kartonagen und Schaumstoffen oder dem Modellieren von Design-Entwürfen aus Ton, werden Vorlagen für die Produktion heute meist computergestützt produziert. Dadurch kann in der Produktentwicklung Zeit und Geld gespart werden. Seit den 80er Jahren wurden verschiedene Verfahren entwickelt um mittels Rapid Prototyping (zu deutsch etwa „schneller Modellentwurf“) kostengünstigen Modellbau aus verschiedenen Materialien zu ermöglichen. Waren Anfangs die Anforderungen an Haltbarkeit, Qualität und Stabilität der Modelle noch nicht sonderlich hoch, konnte die Qualität über die Jahre durch stetige Verbesserungen der Maschinen und Materialien, sowie mithilfe leistungsfähiger Computertechnologie zunehmend gesteigert werden. Dadurch gewannen die Prototypen an Qualität und die Grenze zwischen Prototyp und fertigen Endprodukt wurde immer schmaler. Mittlerweile entspricht die Qualität derartig produzierter Objekte oftmals der von Endprodukten, wodurch der Ausdruck Rapid Manufacturing (zu deutsch etwa „schnelle Produktion“) geprägt wurde.
Die Begriffe “3D-Drucker” und “3D-Druck” bezeichnen eigentlich nur eines der vielen Verfahren, wird aber umgangssprachlich (eigentlich fälschlicherweise) vielfach mit Additive Manufacturing und Rapid Manufacturing gleichgesetzt. Auch ich verwende den Ausdruck hier Synonym.


Aktuelle Situation

Obwohl die Technologien bereits lange existieren, ist in den letzten Jahren ein regelrechter Boom rund um Rapid Manufacturing Systeme zu beobachten. Als Erklärung können mehrere Umstände in Betracht gezogen werden.

  • Ablauf des Patents für das Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren: Vor wenigen Jahren lief das Patent für das Druckverfahren FDM (alias FFF) ab und ermöglichte das Entstehen des Open Source 3D-Druckers RepRap.
  • Faszination an der Technologie: Die Vorstellung Produkte einfach Zuhause ausdrucken zu können, fasziniert viele Menschen und beflügelt den Trend noch weiter. Von der Maker- / Do It Yourself- / Open Source- Philosophie getragen und von Star Trek ́s “Replicator” fasziniert, entstand ein regelrechter Hype um diese Technologie. Manche sehen darin gar eine neue industrielle Revolution sowie eine dezentrale Demokratisierung der Produktion.
  • Besserer Zugang und breiteres Verständnis für Computersysteme: Durch die fortschreitende Computerisierung in den letzten Jahrzehnten, gewannen Computersysteme und die damit einhergehende (3D-)Software eine immer größere Anzahl an Anwendern. Die Hemmschwelle und Berührungsängste mit Computern und neuen Technologien sind deutlich gesunken.
  • Preissenkung und technische Entwicklung von 3D-Drucksystemen: Durch eine größere Nachfrage, besserer Technik und “neue” Entwicklungen, wurden Additive Manufacturing Systeme zunehmend leistbarer und interessanter. Vor allem ein Open Source Hardware Projekt namens RepRap, löste einen regelrechten Boom auf günstige Eigenbau-3D-Drucker aus. 3D-Drucker wurden nun auch für Privathaushalte leistbar.
  • Entstehen von 3D-Dienstleister: Die relativ hohen Kosten von professionellen Rapid Manufacturing Systeme, führte weiters zu einer Zentralisierung derartiger Maschinen in Form von Produktionsparks. Manche Unternehmen stellten die Dienstleistungen dabei nicht nur der Industrie, sondern auch Privatkunden als online Service zur Verfügung. Die ersten 3D-Druck-Dienstleister entstanden. Dadurch wurde der Zugang zu 3D-Druck auch kleinen Betrieben und Privatanwendern möglich.
  • Interesse seitens Politik und Investoren: In jüngster Zeit erfährt diese Technologie auch einen Rückenwind seitens Politik und Investoren. Regierungen verschiedener Länder (darunter China, USA, UK und EU) sehen im der Additiven Produktionsformen eine Möglichkeit die Produktion wieder ins eigene Land zu bringen und Lohnkosten zu sparen. Die Technologien werden teils gefördert und das Interesse von Investoren wurde geweckt.

Die Anwendungsbereiche verlaufen dabei Branchen-, Industrie- und Bereichsübergreifend und dienen mittlerweile nicht nur der produzierenden Industrie.


Bereiche in denen AM-Technologien bereits (teils experimentell) verwendet werden:

Zusätzlich freuen sich derartige Systeme auch über ein steigendes Interesse im Hobby- Bastler-, Modellbau-, Konsumenten- und Privatbereich sowie über eine zunehmende Anwendung in kleinen Unternehmen und Start-ups für die Produktion von Kleinserien.


Run auf Marktführerschaft

Weniger bekannt ist, dass der Wettbewerb in dieser Industrie bereits voll im Gange ist. Hersteller und Dienstleister kämpfen bereits international um Marktanteile. Unternehmen kaufen sich untereinander auf, streiten um Patente und der Trend zu wenigen aber großen Anbietern ist bereits erkennbar. Bis der gewöhnliche Privatanwender das Thema 3D- Drucker für sich entdeckt hat, sind die Reviere vermutlich bereits klar abgesteckt. Aber nicht nur Privatfirmen kämpfen um den großen Zukunftsmarkt, auch Universitäten und Regierungen haben das Zukunftsthema erkannt, finanzieren Wissenschaftsprojekte und fördern 3D-Drucker im Bildungsbereich.
Bestätigt werden diese Erwartungen von Wissenschaftler und Zukunftsforscher. Wer es jetzt schafft, rechtzeitig Technologieführer zu sein, dem scheint eine enorme Rendite in Zukunft sicher.

>> zum Teil 2: Übersicht aktuelle 3D-Druckverfahren

(c) Das Copyright des Grundkurses mit allen Artikel liegt bei 3Druck.com. Jegliche Verwendung, Einbindung und Veröffentlichung (ausgenommen das bloße verlinken auf unsere Seite) ist ohne Einholen einer schriftlichen Genehmigung nicht erlaubt. Die Artikel wurden gewissenhaft erstellt, erheben aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Satz- Druck- und inhaltliche Fehler vorbehalten.

prvbn




Tags: , , , , , , , ,