Der 3D-Druck gehört zu den additiven Produktionsverfahren, auch Generative Fertigung genannt. Hierbei werden verschiedene Techniken eingesetzt, um durch Zugabe von Material schichtweise dreidimensionale Modelle anzufertigen. 3D-Druckverfahren eignen sich besonders für die Herstellung von Prototypen und Ersatzteilen und finden daher auch in vielen FabLabs Verwendung.
Grundlage für einen 3D-Druck die die Erstellung eines dreidimensionalen Modells in Form einer CAD Datei mithilfe spezieller Computerprogramme. Dieses wird dann von der Software in einzelne zweidimensionale Schichten zerteilt, ein Verfahren, das als Slicing bezeichnet wird. Der 3D-Drucker kann anschließend anhand der Informationen über die einzelnen Schichten ein dreidimensionales Modell aus diesen aufbauen.
Es werden im 3D-Druck vor allem verschiedene Kunststoffe als Ausgangsmaterialien verwendet, aber auch Gips, Glass oder Metallarten können von spezialisierten 3D-Druckern verarbeitet werden. Dabei kommen je nach Einsatzgebiet und Preisklasse unterschiedliche Verfahren zum Tragen.
Das erste patentierte 3D-Druckverfahren, die Stereolithografie (SLA), wurde 1981 von Charles W. Hull erfunden und ist noch heute im Einsatz. Stereolithografie beruht auf einem flüssigen Photopolymer, das bei längerer Belichtung durch einen Laser erstarrt. Bei diesem Verfahren wird das Druckbett schichtweise in ein Becken mit dem flüssigen Ausgangsstoff abgesenkt und mithilfe des Lasers erhärtet. Nach Abschluss des Druckvorgangs wird das fertige Modell zumeist in einer UV-Belichtungskammer zur vollständigen Aushärtung gebracht.
Die kostengünstigste und damit im Privatbereich meistgenutzte 3D-Drucktechnologie ist das sogenannte Fused Deposition Modelling (FDM). Hierbei werden Kunststofffilamente verwendet, die im Druckkopf geschmolzen und dann schichtweise auf das Druckbett aufgetragen werden. Hier kann der Druck nur so schnell stattfinden, wie das eingesetzte Material abkühlt. 3D-Drucker solcher Art verfügen meistens über einen auf drei Achsen beweglichen Druckkopf, alternativ kann auch ein bewegliches Druckbett Verwendung finden. Verschiedene Open Hardware Projekte stellen Baupläne für 3D-Drucker zur Verfügung, die nach dem FDM Verfahren arbeiten. Darunter Fab@Home oder das Projekt RepRap, das einen sich selbst replizierenden 3D-Drucker entwickelt hat.
Industrielle Verfahren arbeiten darüber hinaus mit weiteren, kostenintensiveren Verfahren, wie dem Selektiven Laserschmelzen (SLM) für Metallprodukte oder dem Vakuumguss, bei dem spezielle Gießharze verwendet werden.
Neue Ansätze im Bereich des 3D-Druck bietet sicherlich das WASP Projekt, das mit seinem Big Delta 3D-Drucker ein komplettes Dorf in nachhaltiger Weise aus Lehm und Stroh zu drucken plant.
Studien:
- Petschow, U., Ferdinand, J. P., Dickel, S., Flämig, H., Steinfeldt, M., & Worobei, A. (2014). Dezentrale Produktion, 3D-Druck und Nachhaltigkeit. Schriftenreihe des IÖW, 206, 14. (https://www.ioew.de/fileadmin/_migrated/tx_ukioewdb/IOEW_SR_206_Dezentrale_Produktion_3D-Druck_und_Nachhaltigkeit.pdf)
- Arbeitsbericht, C. E. D. I. F. A., Rosenstock, F., & Wirth, M. (2013). 3D-Druckereien in Europa–Eine Marktanalyse. (https://www.rapidobject.com/csdata/download/1/de/cedifa_154-marktanalyse_149.pdf)