Geschichtsstunde: Der 3D-Druck ist älter, als Sie denken

Von Dana Goldberg
- 5. Sep 2014 - 5 min-LEKTÜRE
History of 3D Printing
Lightboard

Was ist 30 Jahre alt, wirkt aber wie neu? Kaum zu glauben, aber wahr: der 3D-Druck. Additive Fertigungstechnologie gab es schon, als die Berliner Mauer noch stand. Begleiten Sie mich auf eine kurze Reise durch die Geschichte des 3D-Drucks.

1981 bis 1999: Additive Fertigung in den Kinderschuhen

Im Jahr 1981 veröffentlichte Hideo Kodama vom städtischen Industrieforschungsinstitut im japanischen Nagoya seinen Bericht über ein funktionelles Verfahren zur schnellen Prototypenentwicklung (Rapid Prototyping) unter Verwendung von Photopolymeren (mehr dazu gleich).  Ein gedrucktes Festkörpermodell wurde in Schichten aufgebaut, die jeweils einer Querschnittscheibe im Modell entsprachen. Kommt Ihnen das bekannt vor?

Drei Jahre später, im Jahr 1984, eröffnete Charles Hull mit der Erfindung der Stereolithografie neue Perspektiven. Stereolithografie ermöglicht Produktdesignern, aus digitalen Daten 3D-Modelle zu erstellen, die dann zur Herstellung eines greifbaren Objekts verwendet werden können.

Die Schlüsselkomponente der Stereolithografie (SLA) ist ein als Photopolymer bekannter, auf Acryl basierender Werkstoff. Wenn Sie einen Behälter mit flüssigem Photopolymer mit UV-Laserlicht bestrahlen, wird der belichtete Teil sofort zu einem festen Kunststoffteil in der Form Ihres 3D-Modells. Diese neue Technologie war natürlich eine Sensation für Erfinder, die ihre Prototypen jetzt theoretisch aufbauen und testen konnten, ohne bereits im Vorfeld massiv in die Fertigung zu investieren.

Bill Clinton on the saxophone to represent 1992 in the history of 3D printing

Im Jahr 1992 gewann Bill Clinton die US-Präsidentschaftswahlen – und Charles Hulls Firma 3D-Systems stellte das weltweit erste stereolithografische Gerät her, das die schichtweise Fertigung komplexer Komponenten in einem Bruchteil der bis dahin erforderlichen Zeit möglich machte. Im selben Jahr produzierte das Start-up-Unternehmen DTM die weltweit erste selektive Lasersintermaschine (SLS), die keine Flüssigkeit, sondern ein Pulver mit Laserlicht bestrahlt.

Diese Technologien steckten noch in den Kinderschuhen und waren bei weitem nicht perfekt. So wies das gehärtete Material gewisse Unebenheiten auf und die Maschinen waren für private Erfinder unerschwinglich teuer. Ihre Entwicklungsfähigkeit war jedoch unverkennbar. Jahrzehnte später zeigt uns die Geschichte des 3D-Drucks, dass dieses Potential immer noch längst nicht ausgeschöpft ist.

1999 bis 2010: Die Jugendzeit des 3D-Drucks

Die Jahrtausendwende war aufregend – nicht nur in Bezug auf den Millenniumbug, oder weil Matrix im Sommer 1999 in den Kinos lief, sondern auch, weil zum ersten Mal einem Menschen ein 3D-gedrucktes Organ implantiert wurde. Wissenschaftler am Institut für regenerative Medizin der Wake Forest University in North Carolina druckten synthetische Stützstrukturen einer menschlichen Blase und überzogen diese mit den Zellen menschlicher Patienten. Anschließend wurde das neu erzeugte Gewebe diesen Patienten implantiert. Da es aus ihren eigenen Zellen bestand, war das Risiko einer Abstoßungsreaktion des Immunsystems nahezu ausgeschlossen.

Vor allem im medizinischen Bereich war dies ein großes Jahrzehnt in der Geschichte des 3D-Drucks. Innerhalb von nur 10 Jahren haben Wissenschaftler aus verschiedenen Institutionen sowie Start-up-Unternehmen eine funktionierende Miniaturniere hergestellt und in einem Vorgang Beinprothesen aus komplexe n Komponenten gedruckt. Außerdem wurden erstmals Blutgefäße mittels Bioprinttechnologie erzeugt und dabei nur menschliche Zellen verwendet.

Darüber hinaus war es auch das Jahrzehnt, in dem der 3D-Druck auf die Open-Source-Bewegung traf.  Im Jahr 2005 startete Dr. Adrian Bowyer das RepRap Projekt: eine Open-Source-Initiative zur Entwicklung eines 3D-Druckers, der sich im Prinzip selbst herstellen oder zumindest die meisten seiner Teile selbst drucken konnte. Die 2008 veröffentlichte Version, genannt Darwin, ist ein selbstreplizierender Drucker, der genau das kann. Plötzlich waren Menschen auf der ganzen Welt in der Lage, alles herzustellen, was sie sich vorstellen konnten. (Hier kommt auch Kickstarter ins Spiel, die 2009 ins Leben gerufene Crowd-Funding-Plattform, über die seither unzählige Projekte im Bereich 3D-Druck finanziert wurden.)

Drawing of 3D printing history as printer makes its own parts in 2005

Im Laufe der 2000er Jahre beflügelte die Demokratisierung der Herstellung und die Idee der seriellen Maßanfertigung die Vorstellungskraft der breiten Öffentlichkeit. Im Jahr 2006 kam die erste wirtschaftlich rentable SLS-Maschine auf den Markt und ebnete den Weg für die On-Demand-Produktion von Industriebauteilen. Der inzwischen mit Stratasys fusionierte 3D-Druck-Start-up Objet baute eine Maschine, die mit mehreren Werkstoffen drucken konnte. Damit ließen sich einzelne Teile in verschiedenen Versionen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften herstellen.

Der Höhepunkt der kreativen Innovationen dieses Jahrzehnts war die Einführung von gemeinschaftlichen, sogenannten Co-Creation-Dienstleistungen wie Shapeways – einer 3D-Druck-Marktplattform, auf der Produktdesigner Feedback von Verbrauchern und anderen Produktdesignern erhalten und dann ihre Produkte erschwinglich produzieren können. Als Tüpfelchen auf dem i kam MakerBot mit Baukastenlösungen auf Open-Source-Basis auf den Markt, mit denen Maker ihre eigenen 3D-Drucker und -Produkte entwickeln können. Seitdem befinden sich die Markteintrittsbarrieren für Produktdesigner und Erfinder im freien Fall.

2011 bis heute: Die Blütezeit des 3D-Drucks

Rückblickend auf die vergangenen Jahre könnte man glatt zu dem Schluss kommen, die Zukunft sei bereits angebrochen. Demnächst erhältlich: 3D-gedruckte Jetpacks!

Na ja … fast. Richtig ist, dass der Preis von 3D-Druckern enorm gesunken ist und sich die Genauigkeit beim 3D-Drucken verbessert hat. Indes gehen Innovatoren in einer Art und Weise an Grenzen, wie Charles Hull sie sich einst nur erträumen konnte. Produktdesigner sind heute nicht mehr nur auf den Druck mit Kunststoff beschränkt. So können Sie selbst beispielsweise jetzt den Verlobungsring Ihrer Träume aus Gold oder Silber drucken. Ingenieure an der Universität von Southampton in England ließen das weltweit erste 3D-gedruckte, unbemannte Flugzeug fliegen und KOR Ecologic baute den Prototyp Urbee, ein Auto mit einer 3D-gedruckten Karosserie, das auf der Autobahn nur ca. 1,2 L/100 km verbraucht.

Damit wären wir in der Gegenwart angekommen – wobei es bis zur Veröffentlichung dieses Artikels weltweit sicherlich noch unzählige weitere Durchbrüche in der additiven Fertigung geben wird. Hier den Überblick zu behalten, ist schier unmöglich. In absehbarer Zeit werden unsere Kinder mit dem schuleigenen 3D-Drucker Kunstprojekte realisieren und unser Zahnarzt wird Rezepte für patientenspezifisch gedruckten Zahnersatz ausstellen. Bis es soweit ist, werde ich die Nachrichten im Auge behalten und warte auf die Lieferung meines Jetpacks.

Astronaut eating food made from 3D printing in space

Drei weitere interessante und überraschende Fakten zum 3D-Druck

  • Die NASA zählt zu den prominentesten Befürwortern des 3D-Druckens – von Nahrungsmitteln bis hin zum ersten schwerelosen 3D-Drucker im Weltraum.
  • Es gibt einen 3D-Drucker auf dem Markt, den Photonic Professional GT, der Objekte erzeugen kann, die so fein sind wie ein menschliches Haar.
  • Louis DeRosa benutzte einen 3Doodler – den 3D-Druckstift, der durch einen Kickstarter-Profit von fast 2 Millionen Euro berühmt wurde – um eine funktionierende Drohne mit Hexacopter-Bauform zu entwickeln.

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