3D-Druck Historie
Aus kleinen Ideen wird Zukunftstechnologie
3D-Druck bezeichnet als Sammelbegriff diverse additive Fertigungsverfahren, von denen viele auf technische Innovationen der 1980er Jahre zurückgehen. Als sich die ersten computergestützten Design-Programme (CAD) in der Industrie etablierten, wurde damit eine Grundlage für automatisierte Fertigungsprozesse geschaffen. Die Idee, einen 3D-Festkörper zu drucken, wurde erstmals von dem japanischen Wissenschaftler Hideo Kodama vom Nagoya Municipal Industrial Research Institute vorgestellt. 1982 veröffentlichte er eine wissenschaftliche Arbeit über die automatisierte Herstellung dreidimensionaler Kunststoffmodelle durch photochemische Aushärtung.
Geburtsstunde der Stereolithographie
Als Erfinder des heutigen 3D-Drucks gilt 3D-Systems-Gründer Charles „Chuck“ Hull, der 1986 das Stereolithographie-Verfahren (SLA) patentieren ließ. Er schaffte es erstmals, lichtempfindliche Epoxidharze mithilfe gezielter UV-Strahlung schichtweise zu erhärten und zu dreidimensionalen Objekten aufzubauen – ein Verfahren, das bis heute Bestand hat. Ein „Nebenprodukt“ von Hulls Forschung ist das STL-Dateiformat, das noch immer als Standard im 3D-Druck verwendet wird.
Die erste SLS-Maschine hieß „Betsy“
Etwa zur selben Zeit, in der das Stereolithographie-Verfahren entstand, wurde auch das selektive Lasersintern (SLS) entwickelt. Der Amerikaner Carl Deckard, damals noch Maschinenbaustudent, hatte das Ziel vor Augen, die Produktion von Urmodellen durch den Einsatz von 3D-CAD-Daten zu automatisieren. CAD-Programme existierten noch nicht lange und Urmodelle wurden bis dahin zumeist von Hand angefertigt. Gemeinsam mit seinem Professor Joe Beaman entwickelte Deckard eine Maschine, die mit einem Computer verbunden war und mit gerichteter Laserstrahlung lose Partikel eines Kunststoffpulvers zum Schmelzen brachte. Die erste SLS-Maschine hieß Betsy und fabrizierte zunächst nur Kunststoff-Klumpen, doch das Prinzip funktionierte. 1986 – im selben Jahr wie Chuck Hull – meldete Deckard das SLS-Verfahren zum Patent an.
3D-Druck für Zuhause
Das Fused Deposition Modeling (FDM) entstand Ende der 1980er Jahre und geht auf den Stratasys-Gründer S. Scott Crump zurück. Zusammen mit seiner Frau Lisa entwickelte er das 3D-Druck-Verfahren, bei dem strangförmiger Kunststoff durch eine Düse (Extruder) aufgeschmolzen und schichtweise auf eine Druckplattform aufgetragen wird. Der Begriff „Fused Deposition Modeling“, sowie die Abkürzung FDM, waren geschützte Marken von Stratasys, allerdings lief der Patentschutz im Jahr 2009 aus. Seitdem hat sich der Markt für FDM-Drucker stark vergrößert und die Produktion kostengünstiger FDM-Drucker für den Privatgebrauch kam ins Rollen. Diese Entwicklung wurde außerdem durch das Open-Source-Projekt RepRap unterstützt. Der Replicating Rapid-Prototyper basiert auf dem Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF), welches analog zum FDM Kunststoff aufschmilzt und dieses Schicht für Schicht aufbaut. Der Erfinder des RepRap, Adrian Bowyer, schuf einen 3D-Drucker, der günstig in der Herstellung und für Jedermann verfügbar war. Bowyer stellte die Pläne für den ersten RepRap unter die General Public License (GNU) und machte sie dadurch öffentlich zugänglich. Mit knapp 500 € Materialkosten war die Konstruktion auch für Privatanwender erschwinglich.