3D-Drucker in Aktion, Bild: Patrick Daxenbichler/fotolia

Die Realität kommt dem Entwickler und dessen Ideal vom lösungsorientierten Konstruieren also näher. Bild: Patrick Daxenbichler/fotolia

Science-Fiction wird häufig bemüht, wenn es um den technischen Fortschritt geht. Mit Recht, denn so mancher humanoide Roboter ähnelt den Helden aus den Filmstreifen vergangener Jahrzehnte. Die heutigen Touchscreens müssten den Menschen aus dem letzten Jahrhundert ebenfalls phantastisch vorkommen. Auch der 3D-Druck ist so eine Technik. In Douglas Adams „Per Anhalter durch die Galaxis“ materialisierte sich für den Hauptcharakter des Buches nach Spracheingabe ein Getränk, das „ein bisschen (aber eben nicht ganz) so wie Tee schmeckte“. Ganz soweit ist man da heute noch nicht, aber Burger-Patties aus Rinderstammzellen lassen sich heute schon ebenso drucken, wie metallische Stützstrukturen für die Raumfahrt.

Wer wissen will, wie weit die Technologie genau ist, der muss gar nicht so weit reisen. Denn die additive Fertigung, auch additive Manufacturing genannt, ist heute auch in Deutschland zu Hause. Das betrifft nicht nur Unternehmen, die ihr Portfolio um 3D-Technik erweitern, wie der Spritzgussmaschinenbauer Arburg oder die Firma Trumpf, die dort Potenziale für die eigene Lasertechnik sieht. Sondern auch Firmen, wie EOS aus dem oberbayrischen Krailing, die gegründet wurde, um 3D-Drucker zu bauen. Die Vorteile der additiven Fertigung liegen auf der Hand, deshalb hält die Technologie auch Einzug in die Entwicklungslabore und Fabrikhallen der Maschinen- und Anlagenbauer.

Auswirkungen auf die Konstruktion

Das hat Auswirkungen auf die Konstruktion, denn statt sofort über die Machbarkeit des Konstruktionsmodells im eigenen Maschinenpark und der hauseigenen Prozessabläufe nachzudenken, werden durch das generative Verfahren ganz neue Designs möglich. Der Weg führt weg von der Konstruktion für die Fertigung, hin zu einem Design, das sich in erster Linie an den späteren Anforderungen an das Bauteil orientiert. „Um diese Potenziale richtig zu nutzen, ist eine veränderte Denkweise in der Konstruktion notwendig. Dank der hohen Gestaltungsfreiheit kann sich der Konstrukteur mehr als bisher auf die Funktionsfähigkeit eines Teils konzentrieren.

So lassen sich beispielsweise komplexe Geometrien drucken, die mit herkömmlichen CAD-Tools nicht zu konstruieren sind“, sagt Prof. Detmar Zimmer von der Universität Paderborn, der im Rahmen der Messe Rapid-Tech 2017 das Fachforum Konstruktion organisiert. Zugleich müssen Entwickler, neu lernen, weiß Prof. Frank Brückner vom Fraunhofer IWS: „Um die enorme geometrische Freiheit nutzen zu können, müssen sowohl das Software-Werkzeug als auch der Konstrukteur in der Lage sein, derartige konstruktive Freiheiten im zu schaffenden Modell abzubilden. Letzter Punkt zieht natürlich eine entsprechend umfangreiche Ausbildung der Konstrukteure mit sich.“ Die Realität kommt dem Entwickler und dessen Ideal vom lösungsorientierten Konstruieren also näher. Zugleich gilt es, sich hier fortzubilden.

Ausgang im SLA vor 30 Jahren

Wer den Blick für die Zukunftstechnologie schärfen will, sollte sich den Beginn der additiven Fertigung und deren Entwicklung in den letzten Jahren vor Augen führen. Als Vater des 3D-Drucks wird Charles W. Hull bezeichnet, der die Stereolithografie erfand, die bis heute genutzt wird. In diesem Verfahren wird Kunststoff von einem Laser ausgehärtet. Das Objekt, das in einem Bad aus flüssigem Kunststoff steht, wächst Schicht für Schicht auf einer Arbeitsplatte. Diese wiederum senkt sich Stück für Stück ab, damit die nächste Schicht entstehen kann. So war es erstmals möglich aus Elastomeren, Harzen und Acrylaten im dreidimensionalen Raum zu drucken. Auf dieser Technologie gründete Hull die Firma 3D Systems, die bis heute zu den führenden Firmen der Branche gehört.

Stratasys, der größte Mitbewerber entwickelte später das bekannte Fused Deposition Modeling (FDM), mit der Laien den 3D-Druck bis heute verbinden. Denn mit dem FDM wurde es auch für Tüftler möglich schnell präzise Modelle herzustellen.