Geschichte der 3D-Drucker und wie sie funktionieren

Jetzt wird das bekannte Wort "Drucker" aus dem Englischen als Druckgerät übersetzt. Heutzutage findet man selten jemanden, der noch nie einen normalen Drucker gesehen hat, mit dem man beliebige Text- oder Grafikdokumente auf Papier erhalten kann.

Die Geschichte des Erscheinens des Druckers im heutigen Sinne begann im letzten Jahrhundert – der erste Schwarzweißdrucker erschien bereits 1953 und 1976 erschien der erste Farbtintenstrahldrucker von IBM. Heutzutage findet man eine Vielzahl von Druckern nicht nur in Büros und Organisationen, sondern auch in Schulen und in fast jedem Haushalt. Schließlich ist dieses Gerät aus dem modernen Arbeits- und Lernprozess nicht mehr wegzudenken.

In den letzten Jahren ist jedoch ein völlig neues Gerät erschienen, das nicht nur ein beliebiges Bild auf ein Blatt Papier drucken kann. Die Rede ist von der Erfindung eines 3D-Druckers, mit dem man bereits dreidimensionale Teile, Produkte oder Modelle erstellen kann.

Geschichte des 3D-Druckers

Die Geschichte der 3D-Drucker ist überraschenderweise ziemlich lang, und Wissenschaftler aus vielen Ländern der Welt haben an der Entwicklung dieses Geräts gearbeitet und nach und nach zur Entwicklung dreidimensionaler Technologien beigetragen.

• 1986 erfand der Amerikaner Chuck Hull das Prinzip des dreidimensionalen Drucks, das in einem Stereolithographie-Aufbau verwendet wurde.
• 1988 fand ein anderer Amerikaner, Scott Crump, einen völlig anderen Ansatz zur Umsetzung des dreidimensionalen Drucks – das Formen durch Zersetzung eines schmelzbaren Materials (FDM). Heute arbeiten alle dreidimensionalen Drucker, die Produkte in begrenztem Umfang herstellen können, nach diesem Prinzip.
• Obwohl die Arbeit an der Schaffung von dreidimensionalen Druckern in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts begann, tauchte der Begriff "dreidimensionaler Druck" selbst erst 1995 in den Tiefen des Massachusetts Institute of Technology auf. Und schon im nächsten Jahr nannte 3D Systems sein erstes Modell Actua 2100 einen 3D-Drucker. Kurz gesagt, ein 3D-Drucker hat eine solche Entstehungsgeschichte.

Die ersten dreidimensionalen Druckmodelle waren sehr langsam, und der Versuch, die Geschwindigkeit ihrer Arbeit zu erhöhen, führte unweigerlich zu Fehlern in den Produkten. Dreidimensionale Drucker mit ausreichend hoher Produktqualität erschienen erst 2005. Im Jahr 2008 erschien das Reprap-Modell, halb in der Lage, sich selbst neu zu erstellen, da es die Hälfte seiner Teile herstellen konnte.

3D-Drucktechnologien

Der dreidimensionale Druck kann verschiedene Technologien und Verbrauchsmaterialien verwenden, funktioniert aber in jedem Fall durch den sequentiellen Aufbau von Schichten eines dreidimensionalen Objekts. Zur Erstellung von Schichten können verschiedene Technologien verwendet werden.

Laserstereolithographie, bei der ein ultravioletter Laser Punkt für Punkt die Oberfläche eines flüssigen Photopolymers beleuchtet. In einer anderen Variante erfolgt die Beleuchtung mit einer UV-Lampe durch eine Fotomaske, die sich mit einer neuen Schicht ändert. Das flüssige Polymer härtet dann aus und wird zu einem ziemlich haltbaren Kunststoff.

• Das Laserschmelzen wird für Schichten aus Kunststoff- oder Metallpulvern verwendet.
• Laminieren – hier wird auch das Material geschichtet, alle Schichten werden zusammengeklebt und in jeder Schicht werden mit einem Laser Abschnitte ausgeschnitten, die einen Abschnitt des zukünftigen Objekts bilden.
• Für die Verfestigung des Kühlmaterials sorgt die Jet-Technologie: Die Dosierdüse schleudert erhitzte Thermoplast-Tropfen auf die gekühlte Grundplattform. Dort verfestigen sie sich sofort, kleben mit benachbarten zusammen und bilden eine Schicht des herzustellenden Teils.

• Das Verbinden eines pulverförmigen Materials ähnelt dem Sintern eines Pulvers mit einem Laserstrahl, aber das Pulver kann hier gemahlene Zellulose sein, die nicht schmilzt, sodass zum Kleben ein flüssiger Klebstoff oder ein Lösungsmittel verwendet wird, das aus einer Miniaturdüse zugeführt wird. Mit dieser Methode können Sie dem Teil die gewünschte Farbe geben, wenn Sie mehrfarbige Farbstoffe verwenden. Es gibt sogar Modelle von dreidimensionalen Druckern, die Köpfe von herkömmlichen Tintenstrahldruckern verwenden.
• Als selbsthärtende Materialien können auch dicke Keramikmischungen verwendet werden. Solche Materialien sind für den 3D-Druck großer Architekturmodelle gefragt.
• Die neueste Errungenschaft sind Bioprinter. Bisher sind dies nur Versuchsanlagen, die die dreidimensionale Struktur eines Transplantationsorgans abbilden. Sie verwenden Lösungen, die lebende Zellen enthalten. Die Zellen wachsen dann, teilen sich und spezialisieren sich, um die endgültige Form des Organs zu bilden.

Rohstoffe für 3D-Drucker

Alle volumetrischen Drucker bis 2008 konnten nur eine Art von Kunststoff verwenden – ABC, das das beste "Verbrauchsmaterial" für den dreidimensionalen Druck war. Object Geometries Ltd veröffentlichte das erste Modell „Connex500″, das mehrere Arten von Materialien gleichzeitig verwenden konnte. Jetzt hat die Liste solcher Materialien hundert überschritten. Unter ihnen sind die folgenden:

• Zellulose;
• Hydrogel;
• Beton;
• Acryl;
• Wasser;
• Gips;
• Nylon;
• Metallpulver;
• Polylactid;
• Polycaprolacton;
• Niederdruck-Polyethylen;
• Polypropylen;
• Schokolade.

Die Besonderheit der Arbeit von dreidimensionalen Druckern besteht darin, dass alle resultierenden Objekte nur Festkörper sein können, da sie Schicht für Schicht aufgetragen werden. Auf einem herkömmlichen Drucker kann man nur ein Papierdokument erstellen und auf einem dreidimensionalen Drucker kann man ein Kinderspielzeug, Stoff zum Nähen, Plastikutensilien, sogar Implantate für medizinische Zwecke oder ein Auto „drucken”. Volumetrische Drucker der neuen Generation haben sehr große Chancen.

Video über die Geschichte von 3D-Druckern

Die erstaunlichen Möglichkeiten von 3D-Druckern

Dreidimensionale Drucker werden allmählich zu nützlichen und notwendigen Geräten in unserem Leben, und ihre Anwendungsbereiche erweitern sich immer mehr. Kleine dreidimensionale Drucker sind also in der Lage, Haushaltsgegenstände wie Geschirr, Spielzeug, Schmuck und sogar Möbel herzustellen.

• 2010 demonstrierte der Kanadier Jim Kor einen Personenwagen, dessen Karosserie komplett auf einem dreidimensionalen Drucker hergestellt wurde, was 2.500 Arbeitsstunden in Anspruch nahm. Die Schöpfer des einzigartigen Autos haben sich sogar zusammengetan, um in ein paar Tagen mit nur 38 Litern Biokraftstoff von New York nach San Francisco zu gelangen.
• Im Jahr 2010 hat Organovo Inc. gab bekannt, eine dreidimensionale Technologie zur Herstellung künstlicher Blutgefäße entwickelt zu haben. Bisher war der Einsatz dieser Technologie für medizinische Zwecke ausgeschlossen. Derzeit wurden weltweit bereits viele prothetische Operationen durchgeführt, bei denen Implantate, die mit dieser Technologie hergestellt wurden, in Patienten implantiert wurden – Schädel- und Nasenknochen, Zahn-, Handknochen usw.
• Viel bescheidener ist 2011 die Demonstration eines Druckers, der aus Schokolade jede beliebige Figur machen könnte, durch die Briten. Da Schokolade beim Abkühlen recht schnell aushärten kann, druckt der Drucker solche Rohstoffe recht schnell. Solche Drucker sind ein echter Fund für Restaurants und Konditoreien.

Im selben Jahr wurde das erste Flugzeug durch die Bemühungen britischer Ingenieure der University of Southampton auf einem dreidimensionalen Drucker hergestellt. Sie räumten ein, dass die größten Schwierigkeiten nicht im Druckprozess, sondern in der Gestaltung lagen. Das hergestellte Modell konnte mit einer anständigen Geschwindigkeit fliegen.

Wissenschaftler aus Oxford haben einen Drucker vorgeschlagen, der Material reproduzieren kann, das teilweise die Eigenschaften von lebendem Gewebe hat. Der italienische Robotiker Enrico Dini brachte einem 3D-Drucker bei, Modelle von zweistöckigen Gebäuden herzustellen, die Räume mit Trennwänden, Rohren und Treppen haben. All dies geschieht aus einer anorganischen Verbindung und Sand. Das resultierende Material hat eine Festigkeit, die der von Stahlbeton nahe kommt.

Der technische Gedanke hörte hier nicht auf, da vorgeschlagen wurde, diese Technologie beim Bau von Mondforschungsbasen einzusetzen. Es wurde beschlossen, einen dreidimensionalen Drucker an die ISS zu liefern, wo Astronauten schnell die benötigten Teile herstellen können, ohne auf ihre Lieferung von der Erde warten zu müssen.

Jetzt werden 3D-Drucker, die als sperrig und sehr teuer begannen, immer kleiner und billiger. 2011 demonstrierten die Österreicher den leichtesten, kleinsten und günstigsten volumetrischen Drucker im Betrieb. Hier wurde eine additive Photopolymerisationstechnologie verwendet, die mit einem lichtempfindlichen Harz arbeitet.

Video über die Möglichkeiten eines 3D-Druckers

Früher galten 3D-Monitore als unerreichbarer Luxus für den einfachen Laien, heute können sich sogar arme Bürger diese kaufen. Ähnlich verhält es sich mit 3D-Druckern – sie sind bereits keine Maschinen aus Science-Fiction-Büchern mehr, sondern treten immer selbstbewusster in die Realität ein und bringen immer mehr Nutzen. Ihre Aussichten sind sehr gut.