Alles über 3D-Drucker

Ein Schülerblog von Richard Krikler und Julian Singer.

Ein 3D-Drucker ohne “Gehäuse”.3D-Drucker werden immer bekannter und vor allem
Hightech-Begeisterte freuen sich über diese Geräte, die anstelle bedruckten
Papiers dreidimensionale Objekte ausgeben. Ob nun High-End Produkte für die
Industrie, einfache Hobby-Spielereien oder sogar schussfähige Waffen, die
Möglichkeiten sind unbegrenzt. Doch wie funktioniert eigentlich ein 3D-Drucker
und was genau steckt dahinter? Diese und noch andere Fragen werde ich nun näher
beleuchten.

3D-Drucker allgemein
Schon seit mehreren Jahren werden 3D-Drucker in der Industrie zur Herstellung
von Prototypen oder Einzelstücken angewendet, wobei hier vor allem solche
Techniken wie zum Beispiel das Lasersintern oder auch das Laserschmelzen zum
Einsatz kommen. Der Preis jedoch von Geräten mit diesen Funktionen beginnt bei
200.000 Euro und ist nahezu grenzenlos, oder mit anderen Worten für den privaten
Gebrauch nicht leistbar.

Seit geraumer Zeit gibt es auch spezielle und billigere 3D-Drucker, die mit dem
Schmelzdruckverfahren arbeiten und Kunststoff schmelzen, der durch eine Düse
gepresst wird. Schicht für Schicht wird so das gewünschte Werkstück hergestellt.
Auch wenn diese Geräte nicht mit der Qualität und Präzision von
Industriemaschinen arbeiten, sind hier schon Genauigkeiten von bis zu 0,1 mm
möglich.

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Werkstoffe für den 3D-Druck
3D-Drucker arbeiten in der Regel mit dem thermoplastischen Kunststoff PLA
(PolylacticAcid), aber auch ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) kommt
hierbei zum Einsatz. PLA ist recht einfach in der Handhabung. Ein besonderer
Vorteil ist die geringe Schwindung der Werkstücke nach der Abkühlung. Allerdings
sind aus PLA hergestellte Werkstücke leider nicht so stabil und bei Temperaturen
ab 60 °C wird das Material wieder weich. Zwar ist PLA biologisch abbaubar,
jedoch ist dazu ein spezielles Verfahren notwendig, das im privaten Gebrauch
schwer durchzuführen ist.

Neben PLA gibt es aber auch noch den ABS-Kunststoff, der erst ab einer
Temperatur von 100 Grad Celsius weich wird und auch deutlich belastbarer ist als
PLA. Beispiele für die Verwendung von ABS sind etwa Legosteine. Ein großer
Nachteil von ABS ist jedoch, dass der Kunststoff beim Abkühlen stärker
schrumpft, weshalb beim 3D-Druck eine beheizte Grundplattform notwendig ist,
damit das Abkühlen so weit wie möglich hinausgezögert wird und um ein genaueres
Arbeiten zu ermöglichen.

3D-Druck für zu Hause
Zurzeit steckt der 3D-Drucker für den häuslichen Gebrauch noch ganz klar in den
Kinderschuhen, auch wenn es inzwischen Modelle gibt, die nicht nur optisch
ansprechend sind, sondern auch noch sehr hochwertig verarbeitet sind, doch
kosten diese bislang noch recht viel. Für ein wirklich brauchbares Gerät müsste
man schon 2.000 Euro hinlegen, ansonsten kann man keine tatsächlich brauchbare
Präzision erwarten.

Einsteigergeräte gibt es bereits ab etwa 300 Euro, mit denen es trotz geringer
Genauigkeit möglich ist, entsprechende Werkstücke im 3D-Druck-Verfahren zu
produzieren. Hier muss dem Anwender jedoch bewusst sein, dass er keine besonders
großen Erwartungen an die Qualität der Werkstücke stellen darf.

Möglichkeiten mit einem 3D-Drucker
Aus einem 3D-Drucker können alle möglichen Dinge kommen. Ob Schmuckindustrie,
Modedesigner oder Hersteller von Spielzeugen und Figuren, die Bereiche, in denen
3D-Drucker inzwischen verwendet werden, sind fast nur noch durch die
Vorstellungskraft begrenzt. So wurden mithilfe dieser Drucker beispielsweise
folgende Gegenstände produziert:

• Instrumente

• Schmuck

• Kleidungsstücke

• Modellbau-Teile

• Möbel

• Häuser

• Organe Sogar

bekannte Größen wurden bereits mithilfe eines 3D-Druckers eingekleidet, wie zum
Beispiel Dita von These, für die ein Kleid direkt auf ihren Körper konstruiert
wurde. Insgesamt besteht dieses besondere Kleid, welches aus Nylon gefertigt
wurde, aus 17 verschiedenen Teilen. Nike hat einen American Football Schuh
entwickelt, der ebenfalls aus einem 3D-Drucker stammt: den Nike Vapor Laser
Talon.

3D-Biodruck: Menschliche Organe aus dem 3D-Drucker
Ein von einem 3D-Drucker erzeugtes Ohr.Der Markt für 3D-gedruckte Organe
konzentrierte sich bisher nur auf Nordamerika, doch mittlerweile erforschen auch
schon viele Unternehmen, Labore und Universitäten auf der ganzen Welt dieses
Gebiet. Mit den modernsten 3D-Drucktechniken können Biomaterialien und Zellen
kombiniert Schicht für Schicht aufgetragen werden um biomedizinische Teile
herzustellen, die die gleichen Eigenschaften wie natürliches Gewebe aufweisen.
Dabei werden sogenannte Bioinks (Tinten) verwendet, um gewebeähnliche Strukturen
zu produzieren die in der Medizin und Gewebeforschung Anwendung finden.

Das Ziel dieser Forschungen ist natürlich, erfolgreich ein voll
funktionsfähiges, menschliches Organ zu drucken. Auch, wenn man sagt, dies sei
die Zukunft der Medizin, ist dieses Gebiet trotz vieler Forschungen noch zu
unbekannt und unsicher für eine tatsächliche, praktische Anwendung.

Die Nachfrage an Transplantaten steigt jedes Jahr. Allein in den USA stehen über
113 000 (stand 2019) Menschen auf der Warteliste für Transplantationen. Doch
weil die Anzahl der Menschen auf der Liste immer weit größer als die Anzahl der
Spender ist, soll 3D-Biodruck die Lösung der Zukunft sein. Im April 2019 gab es
einen bedeutenden Durchbruch für den medizinischen Bereich. Ein Forscherteam der
Universität Tel-Aviv hat erfolgreich ein Herz mit menschlichen Zellen gedruckt.
Dieses Herz erfüllte alle immunologischen, zellulären und anatomischen Kriterien
für einen menschlichen Patienten. Auch wenn es nur die Größe eines
Kaninchenherzens hatte, kann man es als den „Machbarkeitsbeweis“ bezeichnen.

Häuser aus dem 3D-Drucker: Schnell mal das Eigenheim drucken
Derzeit gibt es eine rasante Entwicklung der 3D-DruckTechnologie und ist bereits
jetzt oft anzutreffen. Der 3D-Druck eines Hauses ist in Sachen Geschwindigkeit
und Preis im Vergleich zu herkömmlich gebauten Häusern um einiges überlegen.

Häuser aus dem 3D-Druck: Mehr als nur Betonklötze
Diese Häuser bestehen hauptsächlich aus Beton, sind aber durchaus keine
Betonquadrate, denn oft werden interessante Formen mit vielen Rundungen
eingebaut. Durch die geringen Material- und Arbeitskosten ist ein solches Haus
auch recht erschwinglich. Weiters wird bei dieser Methode eines Hausbaues
weniger Material verschwendet.

Ein Rekord nach dem anderen
Nun ein konkretes Beispiel: Das amerikanische Startup Icon stellte im Jahr 2018
einen 3D-Drucker für 32-Quadratmeter vor, welches gerade einmal 48 Stunden für
den Bau benötigt (Kosten: ca. 9.000€).

Ein Jahr danach wurde von demselben Unternehmen eine verbesserte Version
vorgestellt. Dieses Modell halbiert die Dauer und verringert die Kosten enorm
auf 3.600€.

Die Kombination aus der schnellen und kostenarmen Bauweise macht dieses
Verfahren besonders attraktiv für wirtschaftlich schwache Gegenden. Gemeinsam,
mit der NGO New Story und dem Unternehmen Icon, wollen diese Wohnungssiedlungen
in Entwicklungsländern errichten.

Die Goldene Ära der Riesendrucker
Nicht nur Icon druckt solche Häuser, es gibt viele weitere Unternehmen, welche
verschiedene Prototypen entwickeln. Zum Beispiel Apis Cor (Russland), welche
mobile 3D-Drucker für den Hausbau produzieren. Aber auch COBOD (Dänemark),
dessen Drucker für das Building on Demand gedacht ist. Weiters gibt es auch noch
Winsun (Shanghai). Dieses Unternehmen druckte bereits 2014 Zehn Häuser an einem
Tag.

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Vorteile von Häusern aus dem 3D-Drucker:
• Hohe Baugeschwindigkeit

• Geringe Kosten

• weniger Materialverschwendung

Nachteile von Häusern aus dem 3D-Drucker:
• Nicht jedes Material ist geeignet

• Auflagen sind für 3D-Druck-Gebäude unklar

• Nur Grundzüge sind druckbar

Lehmhütten, Bürogebäude und Wolkenkratzer
Nun zu exotischen Beispielen, wie von dem Startup WASP (Italien), welches
mithilfe von Reisabfällen biologisch abbaubare Häuser baut. Diese sind 20
Quadratmeter groß und kosten nur 900 Euro.

Einer der fortschrittlichsten Projekte ist das Bürogebäude von Winsun, dessen
Fläche 250 Quadratmeter beträgt und die Herstellung nur 17 Tage in Anspruch
genommen hat. Die angefallenen Kosten sind gerade einmal halb so groß, wie für
ein herkömmliches Bürogebäude.

Das Unternehmen Cazza hat das ambitionierte Vorhaben,  einen Wolkenkratzer mit
50 Stockwerken in Dubai zu errichten. Allerdings sind noch keine genauen Angaben
bekannt.

Echte Wohnungen für echte Menschen
Abgesehen von den verschiedensten Demonstrationsprojekten, zeigt sich nach und
nach auch der 3D-Druck, im Bereich des Hausbaus, im echten Leben. Beispielsweise
bei dem Projekt von Icon für wirtschaftlich arme Regionen.

Ein weiteres Beispiel dafür ist das Projekt Milestone (Universität Eindhoven),
welches fünf Häuser in den Niederlanden, als erstes kommerzielles Wohnprojekt,
errichtet hat.

Quellen:
Alles über 3D-Drucker:
https://www.druckerpatronenexpress.de/lexikon/alles-ueber-3d-drucker
(19.12.2019)

Häuser aus dem 3D-Drucker: Schnell mal das Eigenheim drucken:
https://www.uniqa.at/versicherung/wohnen/3d-drucker-haus.html (19.12.2019)

3D-Biodruck: Menschliche Organe aus dem 3D-Drucker?:
https://www.3dnatives.com/de/featured-biodruck-180520171/ (19.12.2019)

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