Technologie des Monats: 3D-Druck

So sehen die Patronen von 3D-Druckern vermutlich nicht aus. Isaac Bowen, CC-BY-SA 2.0 via flickr.com

Egal ob auf der internationalen Raumstation ISS, im Zahnlabor oder im Wohnzimmer – 3D-Drucker erobern die Welt. Die Einsatzgebiete sind vielfältig und die Vision des Replikators vom Raumschiff Enterprise, welcher auch beliebige Lebensmittel erzeugen kann, scheint langfristig nicht mehr abwegig. Erste Geräte für 3D-Erzeugnisse aus Teig für Pasta, Zuckerguss und Schokolade sind bereits auf dem Markt. Meist werden 3D-Drucker aber für die kurzfristige Erstellung von Prototypen, Werkstücken oder auch Ersatzteilen verwendet. Im Kontext des Hochschulforums Digitalisierung stehen aber natürlich Einsatzszenarien und Trends für Hochschulen im Vordergrund.

Die Anwendungsszenarien von per 3D-Druck erzeugten Objekten sind sehr vielfältig und reichen vom klassischen Einsatz in den Ingenieurs- und Naturwissenschaften für die Visualisierung von komplexen Sachverhalten und dem Testen von Prototypen, bis hin zur Medizin zur Erzeugung von Implantaten und Organmodellen. Im HFD-Bericht zur Campus Innovation 2014 wurde bereits von Erfahrungen des Einsatzes von 3D-Modellen und 3D-Druck im Bereich der Archäologie berichtet.
3D-Objekte ermöglichen Studierenden ein visuell-haptisches Lernerlebnis.

Spannend dazu auch der Vortrag "Potential 3D-Druck: Konstruktivismus Revisited" von Prof. Dr. Stefan Aufenanger:

Kurz zur Technik

Beim 3D-Druck werden sogenannte additive Verfahren eingesetzt, d.h. ein dreidimensionales Modell wird in horizontale zweidimensionale Schichten in einer gerätespezifischen Schichtstärke zerlegt und vom Drucker ausgegeben. Der 3D-Ausdruck entsteht Schicht für Schicht. Je nach Druckverfahren wird zum Beispiel gipsähnliches Pulver, geschmolzenes Material wie Kunststoff oder flüssiges Material wie Photopolymer für den Druck eingesetzt. Eine Übersicht mit Vor- und Nachteilen gängiger Druckverfahren ist hier zu finden.

Zu den aktuell populärsten und günstigen Verfahren gehört die Schmelzschichtung. Hier wird Kunststoff durch einen Druckkopf geschmolzen, ähnlich einer Heißklebpistole, und schichtweise aufgetragen. Je nach Modell bewegt sich das Druckbett oder der Druckkopf. Um Verformungen aufgrund unterschiedlicher Erkaltungszeiten zu vermeiden wird das Druckbett bzw. der Bauraum beheizt.

Die auf dem Markt verfügbaren Druckermodelle sind vielfältig und reichen vom Einsteiger-Selbstbausatz für den Hobbybetrieb bis zur professionellen high-end Maschine für Großformate. Zentrale Unterscheidungsmerkmale der Geräte sind Druckverfahren und -material, Schichtstärke, Präzision, max. Bauvolumen und Geschwindigkeit. Einsteigermodelle fangen bereits im unteren dreistelligen Eurobereich an.

3D-Modelle

Für den 3D-Druck wird ein dreidimensionales Modell eines Objekts benötigt, welches für den Druck in einzelne Druckschichten und Steuersignale für den Drucker zerlegt wird. Dieses 3D-Modell kann anhand eines bereits existierenden Körpers per 3D-Scanner oder über entsprechende CAD-Softwareprogramme erzeugt werden. Auch gibt es inzwischen im Internet immer mehr Datenbanken und Sammlungen von (oft kostenfreien) 3D-Modellen.

Natürlich sollten bei der Erzeugung und Nutzung von 3D-Modellen und 3D-Objekten das Urheber-, Patent-, Marken-, Design- (ehem. Geschmacksmuster) und Gebrauchsmusterrecht nicht außeracht gelassen werden. Für den privaten, nichtgewerblichen Gebrauch ist fast alles erlaubt, was für die kommerzielle Nutzung nicht zutrifft. Für den Hochschuleinsatz stellen sich hier natürlich Fragen bzgl. Aufsichtspflicht. Wie kann sichergestellt werden, dass zum Beispiel keine Waffen oder andere illegale Gegenstände mit dem 3D-Drucker erzeugt werden? Der Fall der Schusswaffe Liberator aus dem Drucker machte ja bereits 2013 die Runde. Erste juristische Fachbeiträge zur strafrechtlichen Verantwortlichkeit bei 3D-Druckzeugnissen sehen den jeweiligen Auftraggeber und nicht die Druckerbetreiber in der Pflicht.

Eigenes 3D-Projekt? Einfach mal einen 3D-Druck ausprobieren?

In Zeiten der Sharing-Economy überhaupt kein Problem! Warum selbst einen 3D-Drucker kaufen, wenn man über online Plattformen freie 3D-Druckkapazitäten nutzen und auch verschiedene 3D-Drucker ausprobieren kann? Das Startup 3D Hubs führt zum Beispiel als weltweites Netzwerk über 17.000 3D-Drucker von Privatpersonen, welche den eigenen Drucker gegen Entgelt zur Verfügung stellen. Alleine in Deutschland sind mehr als 500 Anbieter registriert, einige von ihnen verschicken die 3D-Erzeugnisse auch.

Weltweit und auch in Deutschland erweitern Hochschulen ihren Servicekatalog für Studierende, Forscherinnen und Forscher um 3D-Druckdienste und MakerSpaces. Auch könnte die Hochschulbibliothek der Zukunft sich hier ein neues, spannendes Aufgabenfeld erschließen.

Bild: Isaac Bowen, CC-BY-SA 2.0 via flickr.com