3D-Drucker: Nichts ist unmöglich

3D-Drucker versprechen ungeahnte Chancen, aber es besteht Optimierungsbedarf

Ihnen fehlt das passende Kleid? Sie brauchen ein Ersatzteil für Ihren Oldtimer? Sie haben nichts zu essen zu Hause? Kein Problem. Ein 3D-Drucker kann es richten.

Derzeit gibt drei Verfahren. Das Sinter- und Pulverdruckverfahren, das Extrusionsverfahren und die Stereolithografie, erklärt Kristin Paetzold, Professorin für Technische Produktentwicklung der Fakultät für Luft-und Raumfahrt. Bei Letzterem wird eine Flüssigkeit mithilfe eines Lasers verfestigt, beim Sinter- und Pulverdruckverfahren wird Pulver verschmolzen. Das Extrusionsverfahren ist das "klassische". Materialien wie Kunststoff oder Teige, werden in einer feinen Drüse geschmolzen und auf eine Platte aufgetragen. Die Gegenstände werden schichtweise gedruckt. Vor jeder neuen Schicht muss die vorherige zunächst fest werden.

Der Herstellungsprozess besteht aus vier Schritten. Am Computer wird ein 3D-Modell erstellt. Danach kommt die Datenvorbereitung. Dabei werden die Modelle auf Fehler überprüft und die Schichtinformation erzeugt. Bis jetzt ist das Modell nur eine Datei. Erst im nächsten Schritt, der Bauherstellung, wird das Modell ausgedruckt. Wenn nötig, werden Stützstrukturen, zum Beispiel aus Maisstärke, angebracht, die man nach dem Druckvorgang entfernen kann. Zum Schluss kommt die Nachbearbeitung, bei der die Oberfläche mit Hilfe von Chemikalien geglättet wird. Die 3D-Drucktechnik hat sich zum Beispiel in der Kunst etabliert. Beschädigte Skulpturen werden eingescannt, und der Computer berechnet, wie die Skulptur repariert aussehen müsste. Dieses Modell dient als Vorlage für die Restaurationsarbeiten. Auch in der Luft- und Raumfahrt kommen bereits vereinzelt Bauteile aus dem 3D-Drucker zum Einsatz. Ebenso in der Medizin. Individuelle Prothesen, Schienen, Herzklappen, Zahnersatz werden inzwischen einfach ausgedruckt, ebenso Modelle von Körperteilen als Übungsobjekte für schwierige Operationen. Auch die Bionik und die Lebensmittelindustrie haben den 3D-Druck entdeckt. Kekse, Pfannkuchen, Kartoffelpüree kommen inzwischen aus dem 3D- Drucker, in China sogar eine ganze Villa und in naher Zukunft vielleicht schon Spenderorgane. Die Möglichkeiten scheinen schier unbegrenzt und es gibt handfeste Vorteile. Eine mobile Herstellung wäre möglich, Ersatzteile müssten nicht mehr gelagert werden, da man diese bei Bedarf einfach ausdruckt. Man bräuchte keine teuren Gussformen mehr und wegen des Leichtbaupotenzials ist diese Produktionsweise auch umweltfreundlicher. Im Luftfahrtbereich könnten Gewichtsreduktionen bis zu 30 Prozent erreicht werden, was Sprit sparen würde.

Aber es gibt auch eine Schattenseite: Die Feinstaubbelastung und die Dämpfe bei der Kunststoffverarbeitung stellen Gesundheitsrisiken dar. Auch das Urheber-, Marken- und Patentrecht muss beachtet werden. Und es gibt Verbesserungsbedarf in punkto mechanische Eigenschaften. 3D-Drucker arbeiten sehr langsam und eine Nachbearbeitung ist häufig nötig. Stützstrukturen müssen entfernt werden und landen als Abfall im Müll. Eine weitere Hürde ist die Qualitätssicherung: Bislang entstehen oft noch Risse durch Temperaturunterschiede. Schließlich die teuren Anschaffungskosten: Ein guter Drucker kostet derzeit ab 10 000 Euro.

Die Herausforderungen des 3D-Drucks liegen künftig also in der Optimierung der Arbeitsprozesse, der Materialien und der Organisation. Daneben muss auch die Rechtslage geklärt werden und die Technologie weiterentwickelt werden. Ziel ist die Herstellung von Prototypen in Kleinserie und von Objekten mit Unikat-Charakter. In einigen Nischen wird der 3D-Drucker schon verwendet. Aber, dass jeder einen guten und günstigen 3D-Drucker daheim stehen hat, ist mit dem heutigen Stand der Technik noch nicht umsetzbar. Wer ein wenig spielen will, kann sich für etwa 400 Euro einen "Rep-Rap"-Drucker besorgen. Allerdings muss man den selbst zusammenbauen, feine Strukturen kann er aber nicht herstellen. Wer also nicht drei Stunden auf seinen gedruckten Keks warten will und seinen Hunger schnell stillen möchte, sollte doch lieber einkaufen gehen.