Räumliches Drucken in drei Dimensionen – das ist das eigentliche Grundprinzip eines 3D-Druckers. Alles, was man dazu benötigt, sind eine digitale Datei des zu druckenden Objektes, das Material aus dem es bestehen soll und natürlich einen 3D-Drucker. Die digitale Datei ist sozusagen der Bauplan und wird mit einer speziellen Software zuvor am Computer angefertigt. Das Druckmaterial, auch Filament genannt, kann zum Beispiel Metall, Plastik oder auch ein bestimmtes Lebensmittel sein. Es wird erhitzt und durch eine bewegliche Düse des Druckers gedruckt. Dieser bewegliche Druckkopf formt dann das Objekt, dabei wird es Schicht um Schicht aufgebaut, weswegen man im Fachjargon auch von additiver (überlagernder) Fertigung spricht. Im Kontakt mit der Außenwelt kühlt das zuvor erhitzte Filament ab und wird fest. So entsteht ein dreidimensionales Objekt.
Eine gar nicht ganz so neue Erfindung
In den letzten Jahren erlebte diese Technik einen regelrechten Boom! Dabei ist sie viel älter, als viele vielleicht denken. Der US-amerikanische Erfinder und Ingenieur Chuck Hull entwickelte erste 3D-Drucker bereits Anfang der 1980er-Jahre und meldete wenig später seine Technologie zum Patent an. Damit wurden zuallererst Prototypen von bestimmten Produkten gedruckt, die man nun nicht mehr aufwendig per Hand herstellen musste. Warum aber erst der verspätete Hype um den 3D-Drucker? Einige der frühen Patente sind in den letzten Jahren ausgelaufen, was zur Folge hatte, dass die Technik nun vielen Forschern und Entwicklern zugänglich war. Sie verbesserten sie, die Materialbreite wuchs, die Prozesse wurden präziser und die dazugehörigen Computersysteme leistungsfähiger. Zudem vergünstigte sich die Technologie allmählich und wurde so für neue Anwender aus allen Branchen und Bereichen attraktiv. Die Vorteile liegen auf der Hand: der 3D-Druck ist gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden wie dem Gießen oder Fräsen günstiger, oft schneller, weniger verschwenderisch mit dem Material und kann dabei individuelle und komplexe Objekte anfertigen.
3D-Druck in der Medizin: Was geht schon und was noch nicht?
Besonders in der Medizin reagierte man begeistert auf die neuen Entwicklungen. Mit der präzisen und individuellen Technik lassen sich schnell und günstig Zahnkronen herstellen und auch für Hörgeräte wird der 3D-Druck bereits angewendet. Zur Vorbereitung auf komplizierte Operationen drucken Ärzte Modelle von Organen ihrer Patienten aus, um für den Eingriff üben zu können. Laut einer Studie der Unternehmensberatung Ernst & Young haben bereits 28 Prozent der Unternehmen aus der Medizintechnik und Pharmazie Erfahrungen mit dem 3D-Druck gemacht. Die nächste Etappe sehen die Forscher im Drucken von Geweben, Gelenken und Organen. Bis dahin ist es aber noch ein langer Weg, denn es fehlen bisher noch aussagekräftige Langzeitstudien.
Auch die Kunst druckt mit
Die Felder, in denen der 3D-Druck weiterhin zum Einsatz kommt, sind breit gestreut. Die Luftfahrtindustrie stellt damit leichtere Bauteile für ihre Flugzeuge her, Sportartikelhersteller überlegen bereits, ihre Schuhe individuell nach den jeweiligen Wünschen der Konsumenten zu drucken und die Gastronomie tüftelt an ausgefallenen essbaren Kreationen aus Polenta und Schokolade. Auch die Kunst hat den 3D-Druck bereits für sich entdeckt. Im April 2017 präsentierte eine Amsterdamer Galerie ein neues Gemälde, auf dem ein Mann mit schwarzem Hut, weißer Halskrause und Schnauzer zu sehen war, der den Betrachter aufmerksam anblickt. Das Bild hatte eine unverkennbare Ähnlichkeit mit Werken des berühmten holländischen Künstlers Rembrandt. Den Pinsel legte der seit fast 350 Jahren tote Meister hier allerdings nie an: Es wurde nämlich von einem mit Algorithmen funktionierenden Computersystem entworfen und anschließend von einem 3D-Drucker gedruckt.
Doch auch Restauratoren und Denkmalschützer nutzen die Technologie. Am Kölner Dom wurden bereits Skulpturen individuell und passgenau ausgebessert, die Beschädigungen aufgrund von Krieg und Witterung aufwiesen. Ein italienisches Forscherteam rekonstruiert anhand von Fotos die von IS-Kämpfern zerstörte Kulturstätte Palmyra in Syrien und hofft, wenn der Krieg dort vorbei ist, die Arbeit auch direkt vor Ort weiterverfolgen zu können. Das Gustav-Lübcke-Museum in Hamm fertigte für eine Ausstellung die Kopie einer Mumie an, die 1945 bei einem Bombenangriff verbrannte. Lediglich eine Fotografie in schwarz-weiß diente dem Wissenschaftlerteam dabei als Basis.
Einiges steht noch in den Sternen
So vielseitig die Einsatzmöglichkeiten der 3D-Drucktechnik auch jetzt schon sind, vieles ist noch Zukunftsmusik und bedarf noch eingehender Forschungen und Studien, bevor es in die Anwendung gehen kann. Der Diplomingenieur Oliver Refle, der am Fraunhofer Institut in Stuttgart digitale Drucktechniken erforscht, sieht den 3D-Drucker aber weniger in deutschen Wohnzimmern, sondern mehr bei Unternehmen und Dienstleistern. „Das wird sich vermutlich ähnlich entwickeln wie mit dem Online-Fotoservice. Sie erstellen zu Hause mit der entsprechenden Software Ihr Wunschobjekt und lassen es dann von einem Anbieter drucken, wo sie es später abholen können.“
Der 3D-Druck ist und bleibt also eine spannende und hervorragende Ergänzung zu bestehenden Fertigungsverfahren und wird sich in der Zukunft noch weiter verbessern. Und wer weiß, vielleicht könnt ihr euch ja irgendwann einmal euren liebsten Traum einfach ausdrucken lassen.
Text: Anita Schedler
