3D-Drucker: Die smarten Allrounder

3D-Drucker können unser Leben in Zukunft weitreichend verändern, da sie äußerst vielseitig sind. Wir haben uns die innovative Technik und ihre Anwendungsgebiete genauer angeschaut.  

3D-Drucker dringen seit einigen Jahren in unterschiedlichste Bereiche unseres Lebens vor. Profigeräte erobern die Recycling- und Lebensmittelindustrie, die Medizin und das Bauwesen. Einfache 3D-Drucker, die es schon ab 130 Euro zu kaufen gibt, finden sich bereits in einigen Privathaushalten. Was 3D-Druck ist und was mit dem Verfahren heute schon möglich ist, erfahren sie hier.

3D-Druck – was ist das eigentlich?

3D Drucker haben mit herkömmlichen Printern nur noch wenig gemein. Sie drucken keine Buchstaben oder Bilder auf flächiges Papier, sondern überführen digitale Modelle in dreidimensionale Objekte. Dafür verwenden sie unterschiedlichste Materialien. Meist sind es Kunststoffe, die heute im Handel frei erhältlich sind. Die sogenannten Thermoplaste haben die Eigenschaft, dass sie sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen lassen. 3D-Objekte werden mit den schmelzfähigen Materialien schichtweise aufgebaut (additive Fertigung). Sehr beliebte Kunststoffe, die in der Fachsprache auch Filament genannt werden, sind Polylactide (PLA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren (ABS). Neben dem Drucker benötigt man einen Rechner, auf dem eine spezielle Software installiert ist. Sie ist das Werkzeug, mit dessen Hilfe ein 3D-Modell generiert und bearbeitet wird. Ein 3D-Scanner, der in besserer Ausführung ab 400 Euro erhältlich ist, kann die Herstellung eines Modells erheblich vereinfachen. Er tastet reale Vorlagen ab und überführt diese zügig in eine 3D-Datei, die in der Software anschließend modifiziert werden kann. Am Ende der Modellierung steht eine Druckvorlage, die sich immer wieder verwenden lässt. Mit günstigen 3D-Druckern können Privatanwender bereits viele Projekte umsetzen. Sie eignen sich etwa für Deko-Objekte oder Gebrauchsgegenstände wie Kleiderhaken oder Obstschalen, die sich optimal an die eigenen Bedürfnisse anpassen lassen. Äußerst komplexe und belastbare Objekte bleiben allerdings professionellen und deutlich teureren Geräten vorbehalten.

Internetarchive für 3D-Modelle

Wer selbst nicht zeitaufwendig modellieren oder sich inspirieren lassen möchte, kann auf fertige Objektdateien zurückgreifen und diese bei Bedarf anpassen. Echte Fundgruben sind spezielle Internetseiten wie Myminifactory. Dort stehen laut Angaben der Seitenbetreiber bereits über 45.000 Druckvorlagen für den teils sogar kostenlosen Download bereit. Jeder kann nach einer Registrierung mitmachen. Professionelle Designer tragen zum Fundus ebenso bei wie einfache Community-Mitglieder, die Spaß am Entwerfen und 3D-Drucken haben. Besitzer von 3D-Equipment können sich etwa einen Ständer für das Smartphone, ein schönes Deko-Objekt oder eine eigene Weihnachtsdekoration ausdrucken. Für Kinder ist Myminifactory ein Paradies, denn Spielzeuge, Comic-, Fantasie- und Science Fiction-Figuren gibt es zuhauf. Puzzles und Brettspiele wie Schach können in einer 3D-Version heruntergeladen und ausgedruckt werden. Skurriles für das Smart Home ist ebenso zu finden, wie ein Alexa Grammophon im Vintage-Look oder ein Amazon Echo mit Fledermausflügeln im Batman-Style. Ein echter Eye Catcher ist der R2D2 Amazon Echo Mount, bei dem der smarte Lautsprecher als Baustein eines R2/D2-Roboters dient (das ist der niedliche Roboter aus Star Wars). Sogar lebensgroße Figuren gibt es schon als Print. Mit einem 3D-Equipment für schlappe 400 Euro entstand ein 1,35 Meter großes Abbild des Serienhelden Tyrion Lannister aus Game of Thrones. Der Macher hat der Netzcommunity sogar die Dateien für den Nachdruck zur Verfügung gestellt. Allerdings beträgt die Herstellungsdauer ca. 1400 Stunden, obendrein sollte das nötige „Kleingeld“ für die beachtliche Menge an Druckmaterial zur Verfügung stehen.

Falls man ein eigenes Objekt entworfen hat oder auf Seiten wie Myminifactory fündig wird, kann ein FabLab weiterhelfen. Mit dessen Unterstützung können 3D-Dateien ausgedruckt werden, wenn ein eigener 3D-Drucker keine Option ist oder ein komplexer Gegenstand mit Heimequipment kaum oder nur schwer zu realisieren ist. Viele FabLabs sind als gemeinnütziger Verein organisiert und geben Kurse, bei denen Interessierte in die handwerklichen und kreativen Prozesse computergesteuerter Objekterstellung eingeführt werden. FabLabs gibt es bundesweit, etwa in Hamburg, Lübeck, München, Münster, Lüneburg und Köln. Eine ausführliche Liste mit Standorten gibt es hier. Weitere Dienstleister für den Ausdruck von Objekten präsentiert die Online-Plattform 3D Hubs. Dort stellen Gerätebesitzer anderen Nutzern ihre Drucker gegen eine Gebühr zur Verfügung.

Lecker und intelligent essen

Der Einsatzbereich von 3D-Druckern beschränkt sich nicht auf die Modellierung von Kunststoffen. Seit einigen Jahren erproben experimentierfreudige Visionäre den Einsatz in der Küche und bei der Herstellung von Lebensmitteln. Wenn diese druckergerecht aufbereitet werden, lassen sich neuartige und individuelle Kreationen auf den Teller bringen. Der bekannte Hersteller Barilla hat bereits Nudeln aus dem 3D-Drucker präsentiert, die sich nach eigenen Wünschen gestalten und beim Drucken mit anderen Zutaten kombinieren lassen (z. B. Gemüse, Samen). Natural Machines hat einen serienreifen Foodprinter entwickelt, der mit einer speziellen Technik auch komplexere Gerichte wie Pizza oder Burger herstellen kann. Alles kann ein 3D-Drucker natürlich nicht verarbeiten, meist sind es leicht formbare Ausgangsprodukte wie Teig, Schokolade oder pürierte Lebensmittel, die mit einer Art „Spritzbeuteltechnik“ schichtweise aufgebaut werden. Es dauert allerdings ziemlich lange, bis einzelne Komponenten und komplexere Gerichte fertig modelliert sind. Die Geräte sind für den Hausgebrauch noch zu teuer, der Foodini kostet momentan 4000 Dollar. Einige Restaurants arbeiten aber schon mit der 3D-Technik, um Gäste mit neuen Ästhetiken zu überraschen. Obwohl das Verfahren noch in den Kinderschuhen steckt, ist das Potenzial offensichtlich: Konditoren kreieren mit smarter Technik personalisierte Produkte für festliche Anlässe, beim Weihnachtsgebäck ermöglicht der 3D-Druck maximale Vielfalt und Kreativität. Restaurants können im Wettbewerb mit der Konkurrenz ein unverwechselbares Profil entwickeln. Altenheime oder Krankenhäuser können kostengünstig große Mengen an Essen drucken.

Individuelle Ernährungskonzepte profitieren ebenfalls vom 3D-Druck. So sollen mit „intelligenten Lebensmitteln“ aus dem 3D-Drucker maßgeschneiderte Diäten entwickelt werden, die Rücksicht nehmen auf genetische Voraussetzungen, den körperlichen Zustand und den Lebensstil einer Person. Stehen etwa größere Anstrengungen im Tagesablauf an (Wanderung, Radtour), wird die Nahrung direkt darauf abgestimmt. Ein wichtiger Baustein bei der Zusammenstellung des Speiseplans sind Daten aus Apps und Fitness-Trackern, die direkt in die computergesteuerte Nahrungszubereitung einfließen. Forscher wollen mit personalisierter Nahrung vor allem Zivilisationskrankheiten wie Diabetes, Übergewicht und Krebs den Kampf ansagen.

3D-Drucker können noch viel mehr

Wie groß das Potenzial der innovativen Technik ist, zeigen weitere Anwendungsbereiche. Ein großes Thema ist Recycling. In den USA wird derzeit die Verwendbarkeit von Holzwerkstoffen getestet, die aus Möbelabfällen gewonnen werden. Kunststoff-Recycling via 3D-Druck ist der Ausgangspunkt für ein tolles Projekt, das im Dezember 2018 durchgeführt wird. Zwei Niederländer haben ein imposantes Solarfahrzeug überwiegend mit einem 3D-Drucker konstruiert, mit dem sie vom Union-Gletscher in der Antarktis zum Südpol und zurück reisen wollen. Das hauptsächliche Baumaterial ist Kunststoffmüll: 200 Kilogramm PET-Abfälle wurden zu Filament verarbeitet, das dann dem 3D-Druck zugeführt wurde.

In der Medizin verhilft die Technik zu besseren Prothesen und individuellen Implantaten. Die Vorbereitung auf Operationen wird optimiert, wenn Chirurgen ein plastisches 3D-Objekt zur Verfügung steht, das aus einer MRT-Aufnahme eines Skeletts entstanden ist. Ein noch recht neues Anwendungsgebiet ist das Bioprinting. Forschern ist es bereits gelungen, menschliches Gewebe mit 3D-Druckern zu produzieren. Eine Anwendungsform der Zukunft werden vermutlich gedruckte Herzpflaster, die bei Herzversagen die Funktionsfähigkeit des lebenswichtigen Organs wiederherstellen können. Die Firma BIOLIFE4D hat solch ein organisches Pflaster bereits erfolgreich hergestellt. Beachtliche Fortschritte macht das 3D-Printing in der Bauindustrie. Große 3D-Drucker konnten bereits kostengünstig und in Rekordzeit ganze Häuser bauen. Dabei werden die tragenden Wände eines Hauses nicht mehr gemauert, sondern schichtweise durch additive Fertigung hochgezogen. Die verwendeten Baustoffe können sogar direkt aus der Natur stammen. Estnische Wissenschaftler entwickelten kürzlich ein Baumaterial aus Ölschieferasche und Torf, mit dem die Kosten für den Bau eines Privathauses auf ein Zehntel reduziert werden konnten.

Wir stehen erst am Anfang des 3D-Drucks. Erst in den nächsten Jahren wird sich zeigen, was noch alles mit der smarten Technik möglich ist. Der Anwendungsvielfalt sind keine Grenzen gesetzt. Denn im Grunde genommen ist das verwendete Material austauschbar, es muss nur den besonderen Anforderungen eines Projekts gerecht werden und sich mit Computern und Druckern verarbeiten lassen. Abschließend noch ein Geschenktipp für Weihnachten: Fischertechnik hat einen 3D-Printer im Angebot, mit dem der Nachwuchs die spannende Technik kennenlernen und einfache Objekte herstellen kann. Weitere Geschenke für ein smartes Weihnachtsfest finden Sie hier.

Rüdiger Maulko

Mehrjährige Tätigkeit an der Universität Hamburg, danach freier Dozent, Texter
für Werbeagenturen und freier Publizist. Promotion im Fach Medienwissenschaft über
die Digitalisierung des Fernsehens.
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