Von der Idee zum fertigen Produkt in wenigen Stunden: 3D-Drucker machen’s möglich. Bald sind sie für jedermann erschwinglich.
Wer einen neuen Computer braucht, könnte sich in Zukunft die gewünschte Hardware einfach aus dem Internet holen: einen Pentium-Prozessor, eine Festplatte – und dann werden die Komponenten einfach zu Hause „ausgedruckt”. Klingt nach Raumschiff Enterprise, könnte aber schon in wenigen Jahren Realität werden. Joseph Jacobson vom Media Lab des Massachusetts Institute of Technology in Boston will schon im nächsten Jahr erste sehr einfache Computerchips aus einem Silizium-ähnlichen Material ausdrucken. Jacobson hat mit seinen Kollegen eine flüssige Suspension aus anorganischen Halbleitern gemixt, wie sie in Chips verwendet werden. Doch statt die Schaltkreise in ein festes Stück Silizium zu ätzen, werden sie einfach auf ein Substrat gespritzt. Da die Suspension eine ähnliche Konsistenz wie konventionelle Tinte hat, braucht man nur einen leicht modifizierten Tintenstrahldrucker. So entstehen 100 Mikrometer kleine Schaltelemente, die aus 100 Lagen Halbleiter-Tinte scheibchenweise aufgeschichtet werden. Die Idee, dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht zu bauen, ist nicht neu: Rapid Prototyping (rapid = schnell, prototype = Modell) heißt ein Verfahren, das in der Industrie einen festen Platz hat. Damit lassen sich in wenigen Stunden aus Kunststoff, Metall, Keramik oder gar Stärke dreidimensionale Objekte herstellen. Das Material wird je nach Technik in dem Drucker geschmolzen, geklebt oder gefräst. Waren es zu Beginn der Entwicklung nur Anschauungsmodelle, können inzwischen mit Rapid Prototyping sogar Kleinserien ausgedruckt werden. Man spricht dann vom Rapid Manufacturing.
Wie die Schichten nacheinander aufgetragen werden, hängt von den einzelnen Verfahren ab. Bei der Stereolith-Methode, die als erstes Rapid-Prototyping-Verfahren 1984 von dem kalifornischen Physiker und Ingenieur Charles W. Hull erfunden wurde, härtet ein Laserstrahl mit UV-Licht eine lichtempfindliche Harzlösung aus. Der Laserstrahl streicht über die Oberfläche des Harzes und fährt dabei die gewünschte Kontur ab. Nur an diesen Stellen härtet das Harz aus. Im folgenden Schritt wird das Objekt um einen Zehntelmillimeter abgesenkt und mit frischem Harz bestrichen. Der Vorgang beginnt von neuem. Schicht für Schicht wird so das gewünschte Modell aufgebaut. In der Automobilindustrie bietet Rapid Prototyping eine Kosten- und Zeitersparnis von über 80 Prozent. „Der Zeitgewinn ist unerläßlich, um die Entwicklungszyklen für neue Fahrzeuge zu verkürzen”, erläutert Bernhard Wiedemann, Leiter des Fachgebietes Rapid Prototyping im Ulmer DaimlerChrysler-Forschungszentrum. Bisher profitierten nur große Industrieunternehmen von dem Verfahren. Kleinere Firmen können sich die teuren Anlagen – Kostenpunkt 300000 Mark aufwärts – nicht leisten. Sie wenden sich meist an Dienstleister, die ein bestimmtes Prototyping-Verfahren anbieten, um ihre Modelle drucken zu lassen.
Das könnte sich mit neuen 3D-Druckern ändern und Rapid Prototyping sogar zu Hause ermöglichen. Diese Geräte tropfen heißes flüssiges Plastik schichtweise aufeinander. Der Kunststoff kühlt ab und erhärtet – fertig ist das gewünschte Objekt. Seit kurzer Zeit ist es sogar möglich, den heißen Plastiktropfen farbige Tinte beizumengen. Seit August 2000 verkauft die Z-Corporation in Burlington, Massachusetts den ersten Farb-3D-Drucker. Der Schritt, nicht nur unterschiedliche Farben, sondern auch verschiedene Materialien in einem Druckverfahren zu vereinen, ist vergleichsweise klein. Mehrere Firmen arbeiten mit Hochdruck an solchen Verfahren, die Kunststoff, Halbleiter oder Metalle kombinieren. Die Einsatzmöglichkeiten wären gigantisch: So hoffen Medizintechniker auf das Verfahren, zum Beispiel um paßgenaue Prothesen in der Klinik anfertigen zu können. Autowerkstätten könnten Ersatzteile, auf die man früher tagelang warten mußte, einfach ausdrucken. Die EOS GmbH in Planegg, die einzige deutsche Firma, die Rapid Prototyping-Maschinen baut, hat bereits für einen Automobilhersteller einen 100-Liter-Benzintank direkt aus Polyamid hergestellt. Das dauerte 33 Stunden. Normalerweise wären es zwei Wochen gewesen – mit vierfachen Kosten. Die US-Armee prüft derzeit die Verwendung eines 3D-Druckers, den man auf einem Anhänger in die Einsatzgebiete mitnehmen kann. Denn kleine Bauteile können die teuerste Militärtechnik lahmlegen, wenn mitten in der Wüste nicht schnell genug Ersatz zur Hand ist.
In den USA ist man zuversichtlich, daß Technik und Preis von 3D-Druckern in den kommenden fünf bis zehn Jahren auch für Privatkunden interessant werden könnten. Philip Dickens von der De Monfort University in Leicester prognostiziert: „3D-Drucker wird es in den nächsten fünf Jahren für jedermann zu kaufen geben.” Dickens kennt Unternehmen, die nach einer Möglichkeit suchen, durch Massenproduktion billige 3D-Drucker zu produzieren. Kostenziel: 3000 Mark. Dr. Rudolf Meyer von der Fraunhofer-Allianz Rapid Prototyping ist dagegen skeptisch: „In vier bis fünf Jahren mag es vielleicht derartig billige 3D-Printer geben. Es ist jedoch fraglich, welcher besondere Nutzen die häuslichen Kunden zum Kaufen animieren könnte.” Für den Privatgebrauch müßten die Maschinen wesentlich robuster sein als heute, sicherer und weniger fehleranfällig in der Bedienung und einfacher zu warten. Soll das Gerät multifunktional sein, wäre ein universeller Anwenderwerkstoff vonnöten – den es bisher nicht gibt. Doch auch mit einer eingeschränkten Nutzungsmöglichkeit brauchen gute Produkte gute Ausgangsmaterialien. Die kosten den Kunden dann aber wieder zu viel Geld. „Es ist gefährlich, Bedürfnisse zu wecken, die man nicht befriedigen kann”, warnt Meyer. Einen zukunftsträchtigen Markt sieht der Fraunhofer-Forscher hingegen bei Kleinstunternehmen wie Architekturbüros. Hier kann die Kosten-Nutzen-Rechnung aufgehen: Billige Wachsmodelle reichen, um Architekturentwürfe zu präsentieren. Einen ersten Schritt in Richtung individuelles Drucken in 3D geht die Internetfirma ToyBuilders. Sie stellt das her, was ihre Kunden entworfen haben. Dabei ist nicht einmal ein CAD-Modell aus dem Computer nötig, eine einfache Skizze genügt. Vielleicht gibt es in ein paar Jahren an der nächsten Straßenecke Copy-Center für 3D-Printer?
Bdw community
INTERNET Fraunhofer-Allianz zu Rapid Prototyping http://www.rapidprototyping.fhg.de
Hersteller von Rapid-Prototyping- Maschinen http://www.eos-gmbh.de
Selbstentworfenes Spielzeug auf Bestellung http://www.ToyBuilders.com
Verzeichnis der Rapid Prototyping- Dienstleister http://www.rp-net.de
Anke Biester
