Spis treści:
- 1 3D-Druck ist älter als man denkt
- 2 1980er Jahre. Die Geburt der 3D-Drucktechnologie - SLA
- 3 Die zweite Hälfte der 1980er Jahre. FDM/FFF und SLS 3D-Druck
- 4 Die 1990er Jahre. Neue 3D-Druckerhersteller und CAD-Tools
- 5 Die 2000er: 3D-Druck auf dem roten Teppich
- 6 Das erste Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts. Innovation und Hoffnung. 3D-Druck hält Einzug in die Haushalte
- 7 Die Modernität des letzten Jahrzehnts. Der 3D-Druck galoppiert voran
- 8 3D-Druck - Kalender
Der Mensch lebt nicht von den technischen Wissenschaften allein. Wir bei Botland lieben Geschichte und wissen, wie viel man aus ihr lernen kann. Werfen wir also heute einen Blick darauf, woher der 3D-Druck kommt und warum er uns seit so vielen Jahren in Atem hält.
3D-Druck ist älter als man denkt
Zunächst einmal ein kurzer Überblick über die Entwicklung. Seien Sie versichert, dass der Rest des Artikels in einem anderen Stil gehalten wird. Wir werden langsam durch die Geschichte des 3D-Drucks reisen, denn schließlich kann man aus den Fenstern eines schnell fahrenden Zuges nicht viel sehen.
Seit der Erfindung der 3D-Drucktechnologie vor etwa fünfzig Jahren – ja, das ist kein Fehler, es ist ein halbes Jahrhundert – hat sich diese Technologie in rasantem Tempo weiterentwickelt und sowohl die Industrie als auch den Handel stark beeinflusst. Stereolithografie, selektives Lasersintern und Fused Deposition Modeling – etwas technischere Begriffe, die selbst erfahrene 3D-Drucker manchmal verwirren – gehörten zu den ersten erfolgreichen inkrementellen Fertigungsverfahren. Ursprünglich wurden sie für das industrielle Prototyping verwendet.
Schon bald wurde die 3D-Drucktechnologie für den Einsatz in vielen Bereichen entwickelt, in der Großserienproduktion, bei der Konstruktion hochkomplexer Teile und sogar für den privaten Gebrauch. Im Dienste unserer Gesundheit erleichtert der 3D-Druck patientenspezifische Behandlungen, einschließlich chirurgischer Planung und Implantatdesign. Die 3D-Biodrucktechnologie spielt eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung des Tissue Engineering und der biomedizinischen Forschung. Der 3D-Druck wird immer fortschrittlicher und wird in Zukunft einen großen Einfluss auf das Gesundheitswesen haben. Aber dazu kommen wir noch – zuerst die glorreichen 1980er Jahre.
1980er Jahre. Die Geburt der 3D-Drucktechnologie - SLA
Das Konzept des 3D-Drucks stammt aus den 1970er Jahren, aber die ersten Versuche gehen auf das Jahr 1981 zurück. Die ersten Versuche im 3D-Druck wurden von Dr. Hideo Kodama vom Nagoya Municipal Industrial Research Institute unternommen. Er war der erste, der die Methode der schichtweisen Herstellung beschrieb. So entstand der Vorläufer des SLA-3D-Drucks (Stereolithographie). Das lichtempfindliche Harz wurde mit UV-Licht gehärtet. Leider war er nicht in der Lage, eine Patentanmeldung vor Ablauf der Frist einzureichen.
Einige Jahre später interessierte sich ein französisches Ingenieurteam (Alain Le Méhauté, Olivier de Witte und Jean-Claude André) für die Stereolithographie, gab sie aber wegen mangelnder Geschäftsaussichten wieder auf. Auch dieser Versuch des 3D-Drucks basierte auf dem Stereolithografie-Verfahren.
Charles “Chuck” Hull, der 1986 das erste Patent für die Stereolithografie (SLA) anmeldete, gründete die 3D Systems Corporation und brachte 1988 das erste kommerzielle Produkt auf den Markt. Es war das erste Gerät, mit dem ein tatsächliches, physisches Teil aus einer digitalen Datei gedruckt werden konnte.
Die zweite Hälfte der 1980er Jahre. FDM/FFF und SLS 3D-Druck
Okay, es begann mit SLA. Was ist mit SLS (Selective Laser Sintering) und FDM/FFF (Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication)?
Im Jahr 1988 meldete Carl Deckard von der University of Texas ein Patent für die SLS-Technologie an. Dabei handelt es sich um eine weitere 3D-Drucktechnik, bei der Pulver mithilfe eines Lasers lokal zusammengesintert wird. In der Zwischenzeit meldete Scott Crump, Mitbegründer von Stratasys Inc., ein Patent für FDM (Fused Deposition Modelling) an. In weniger als zehn Jahren wurden die drei wichtigsten Technologien, die heute noch verwendet werden, patentiert. Auf diese Weise wurde ein solides Fundament für das gelegt, was wir als modernen 3D-Druck kennen.
Für die Wissbegierigen: Im Hintergrund liefen zu dieser Zeit viele andere, weniger bekannte Versuche, wie die von William Masters patentierte Ballistic Particle Manufacturing (BPM), die von Michael Feygin patentierte Laminated Object Manufacturing (LOM), die von Itzchak Pomerantz patentierte Solid-State Curing (SGC) und der von Emanuel Sachs patentierte dreidimensionale Druck (3DP).
Die 1990er Jahre. Neue 3D-Druckerhersteller und CAD-Tools
Das Fundament ist gelegt. Die Entwicklung der inkrementellen Fertigung verlief recht schnell. Die großen Hersteller von 3D-Druckern sind auf dem Vormarsch, neue Technologien werden perfektioniert und 3D-Modellierungswerkzeuge werden entwickelt, die die Dinge auf die nächste Stufe bringen. Die EOS GmbH wird in Europa gegründet und entwickelt das erste EOS “Stereos”-System für industrielle Prototyping- und 3D-Druck-Produktionsanwendungen. Seine industrielle Qualität ist heute weltweit im SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern) für Kunststoffe und Metalle anerkannt.
Im Jahr 1992 wurde dem bereits erwähnten Unternehmen Stratasys ein Patent für das Spritzgießen erteilt, das eine Reihe von 3D-Druckern für Profis und Privatpersonen entwickelte. Zwischen 1993 und 1999 entstanden auf dem Gebiet des 3D-Drucks wichtige Spieler, die eine Vielzahl von ungewöhnlichen Techniken einsetzten. Ein Beispiel dafür sind ZCorp und das Binder Jetting auf der Grundlage der Tintenstrahldrucktechnologie des MIT – das Unternehmen entwickelte die Z402, die Modelle aus Pulvermaterialien herstellte… auf der Basis von Stärke, Gips und einem flüssigen Bindemittel auf Wasserbasis.
Gleichzeitig kamen neue CAD-Konstruktionswerkzeuge auf. Eine regelrechte Explosion gab es Mitte der 1980er Jahre nach einem Wechsel in der Philosophie der Benutzeroberflächen, als aufwendige grafische Kommunikationssysteme aufkamen. und Personal Computer begannen mit ihrer Rechenleistung zu beeindrucken. Die rasante Verbreitung von Personal Computern inspirierte die Softwareentwickler, und CAD-Programme entstanden massenhaft als Werkzeuge für verschiedene Bereiche der technischen Entwicklung – auch der 3D-Druck profitierte davon. Sanders Prototype, jetzt Solidscape, war eines der ersten Unternehmen, das spezielle Designwerkzeuge für den 3D-Druck entwickelte.
Die 2000er: 3D-Druck auf dem roten Teppich
Ein Maßstab für den Erfolg ist die Anerkennung durch die Medien. Man kann über die Details streiten, aber so ist es nun einmal. Im Jahr 2000 wurde zum ersten Mal eine Niere in 3D gedruckt, aber es dauerte weitere 13 Jahre, bis sie einem Patienten transplantiert werden konnte. Hat irgendjemand davon gehört, oder besser gesagt, hat irgendjemand es damals herausposaunt? Es klang wie reines Science-Fiction. Derzeit funktionieren die 3D-gedruckten Nieren einwandfrei.
Im Jahr 2004 wurde das RepRap-Projekt ins Leben gerufen, bei dem es um die Entwicklung eines “selbstreplizierenden” 3D-Druckers ging. Ja, es geht darum, einen 3D-Drucker auf einem 3D-Drucker zu drucken! Dieses Open-Source-Projekt hat zur Verbreitung von Desktop-3D-Druckern geführt, die mit der FDM-Technologie drucken, und zur Popularisierung dieser Technologie in der kreativen Gemeinschaft. Die breite Masse hat schon vom 3D-Druck gehört. Im Jahr 2005 brachte ZCorp den Spectrum Z510 auf den Markt, den ersten hochauflösenden 3D-Farbdrucker.
Das Jahr 2008 brachte dem 3D-Druck noch mehr Medienpräsenz. Damals wurde die erste 3D-gedruckte Prothese hergestellt. An diesem ungewöhnlichen medizinischen Projekt waren alle Teile der biologischen Gliedmaßen beteiligt. In Verbindung mit dem 3D-Scannen werden 3D-gedruckte medizinische Prothesen und Orthesen heutzutage immer billiger und schneller erhältlich. Außerdem werden diese Prothesen zunehmend optimiert und an die Morphologie des Patienten angepasst. Die additive Fertigung schafft neue Möglichkeiten für die Individualisierung von Massenprodukten. Aber verzeihen Sie uns, wir haben uns dem modernen Zeitalter gebeugt – es ist eine Frage der Begeisterung.
Das erste Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts. Innovation und Hoffnung. 3D-Druck hält Einzug in die Haushalte
Als das FDM-Patent auslief, wurden die ersten Jahre des Jahrzehnts zu den Jahren des 3D-Drucks. Die additive Fertigung wurde zu einer praktikablen und erschwinglichen Prototyping- und Produktionstechnik für Unternehmen, aber nicht nur. 3D-Drucker für den Heimgebrauch haben sich stark verbreitet, was dazu geführt hat, dass man heute schon für rund 250 Euro ein Gerät auf dem Schreibtisch stehen haben kann. Im Jahr 2013 nannte US-Präsident Barack Obama in seiner Rede zur Lage der Nation den 3D-Druck als eines der wichtigsten Zukunftsthemen. Damit wurde “3D-Druck” zu einem absoluten Modewort – Sie wissen schon, die Art von trendigem Modewort, das immer mal wieder in irgendeinem Gespräch fällt, bis es anfängt zu nerven. Unserer Meinung nach ist dies eine ziemlich gute Referenz.
Heute ist der 3D-Druck bereits in den Köpfen der Öffentlichkeit und sogar bei politischen Entscheidungen präsent. Die Technologie wird ständig weiterentwickelt, und auch ihre Anwendungen entwickeln sich weiter. Immer mehr kleine und große Unternehmen nutzen die Vorteile der niedrigen Prototyping-Preise, die der 3D-Druck bietet, und haben ihn vollständig in ihre Produktionsprozesse integriert. Es ist möglich, dass die Werbung für das Schuhmodell, das Sie kürzlich in einem Einkaufszentrum gesehen haben, mit einem 3D-Drucker erstellt wurde. Und 2010 wurde der Urbee entwickelt – das erste 3D-gedruckte Auto.
Die Modernität des letzten Jahrzehnts. Der 3D-Druck galoppiert voran
Kann es noch besser werden? Vielleicht. Die Webseite von Exploding Topics verweist auf mehr als 550.000 monatliche Suchanfragen nach dem Begriff “3D-Druck” bei Google. Wir sprechen über genau diesen Satz – und es gibt noch ähnliche Ableitungen. Im Jahr 2020 wird der Wert des gesamten 3D-Druckmarktes nach durchschnittlichen Schätzungen bei etwa 10 Mrd. USD liegen. Es wird geschätzt, dass er innerhalb eines Jahrzehnts 50 Milliarden USD übersteigen wird. Der 3D-Druck ist nach wie vor die am schnellsten wachsende Technologiebranche in Bezug auf Umsatz und Materialverbrauch, mit einem jährlichen Marktwachstum von – auch hier nach verschiedenen Schätzungen – durchschnittlich rund 45 %.
Die Kreativität von neuen Filamenten und anderen Materialien überrascht. Branchen, die auf widerstandsfähige und starre Materialien oder auf professionelle flexible Kunststoffe angewiesen sind, profitieren davon. Ökologische und biobasierte Materialien sind auf dem Vormarsch, einschließlich biologisch abbaubarer Filamente und für den menschlichen Verzehr geeigneter Kunststoffe.
Beeindruckende Materialien mit hoher thermischer und chemischer Beständigkeit, großformatige Drucker im Wert von mehreren hunderttausend Euro und daneben winzige Dinger für den Hausgebrauch…. Nun, wer die Entwicklung des 3D-Drucks nicht verfolgt, verpasst viel. Das Beeindruckendste ist jedoch sicherlich das Ausmaß der 3D-Druckprojekte – der Druck ganzer Gebäude ist heute keine Überraschung mehr.
3D-Druck - Kalender
- 1977 – erste 3D-Druckkonzepte.
- 1981 – Idee der Verwendung eines Lasers im 3D-Druck.
- 1986 – Chuck Hull patentiert SLA. Carl Deckard patentiert SLS.
- 1989 – Scott Crump patentiert die FFF/FDM.
- 1991 – Helisys gründet die LOM. Beim 3D-Druck wird abgerolltes Papier verwendet, das Schicht für Schicht zusammengefügt und verklebt wird.
- 1993 – Die Ausstellung Ars Mathematica in Frankreich stellt die ersten Computerskulpturen vor.
- 1994 – Solidscape entwickelt die ersten hochpräzisen 3D-Drucker und mit CAD-Software erstellte Objekte.
- 1995 – Die Z Corporation führt die Z-Printers ein.
- 1997 – Materialise bietet die Möglichkeit, Bestellungen für 3D-gedruckte Objekte mit einer Vorlaufzeit von bis zu 24 Stunden aufzugeben. AeroMat stellt den LAM 3D-Drucker für Titanlegierungen vor.
- 1999 – Wissenschaftler stellen das erste Organ mit dem 3D-Druck her. Es wird aus Zellen hergestellt, die dem Patienten entnommen wurden, wodurch das Risiko einer Abstoßung bei der Transplantation verringert wird.
- 2000 – Entwicklung der Mammoth-Stereolithografiemaschine für den großformatigen 3D-Druck mit Flüssigpolymeren und Laser.
- 2002 – Envisiontec führt den 3D-Hochgeschwindigkeitsdruck in hoher Qualität ein, ohne sichtbare Fugen am Kunststoff.
- 2003 – Aufkommen von EBM (Electron Beam Melting), d.h. Elektronenstrahlschweißen von Metallpulver.
- 2005 – Erste 3D-Drucker für den Heimgebrauch dank RepRap.
- 2006 – Erster DIY-3D-Drucker, der den 3D-Druck kostengünstig und “hackbar” macht. Der EOSINt M270 3D-Drucker druckt mit Kobalt und rostfreiem Stahl.
- 2008 – Neue Stanzform für den 3D-Papierdruck (Helisys LOM). RepRap entwickelt Darwin – die erste Open-Source-Hardware für den 3D-Druck. Erste Knie- und Fußprothese. Thingiverse startet ein Repository für den Austausch von 3D-Dateien unter einer Creative-Commons-Lizenz.
- 2010 – Erstes Patent für 3D-Druck aus Porzellan.
- 2011 – Das FDM/FFF-Patent läuft aus. Ein 3D-gedrucktes Kleid steht auf der Liste der 50 besten Erfindungen des TIME-Magazins. Das erste 3D-gedruckte Flugzeug wird in sieben Tagen gebaut.
- 2012 – Erstes essbares Schokoladenobjekt, Kiefer und Schusswaffe aus dem 3D-Druck. Nike führt den 3D-Druck für Schuhkomponenten ein.
- 2013 – Eine durch 3D-Druck hergestellte Vorrichtung zur Öffnung der Lunge rettet einem Säugling das Leben.
- 2015 – 3DXL, eine Kombination aus 3D-Druck, Robotik und Architektur, wird in Toronto entwickelt.
- 2017 – Ferrari kündigt den Einsatz des 3D-Drucks zur Verbesserung der Motoren von Formel-1-Fahrzeugen an.
- 2019, 2020, 2021 – Botland Blog entwickelt die Rubrik 3D-Druck, wo Sie weitere fantastische Informationen finden können.
