3D-Druck entwächst den Kinderschuhen

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Trotz bedeutender Fortschritte bei digitalen Prototypen für die digitale Produktsimulation zur Validierung von Form, Eignung und Funktion müssen irgendwann doch echte Modelle gebaut werden. Diese 3D-Modelle ermöglichen es den Konstrukteuren, zu prüfen, ob ihr Produkt wie vorgesehen funktioniert und die Bedürfnisse des Kunden erfüllt, ehe teure Produktionsläufe veranlasst werden. Die Herstellung dieser physischen Prototypen kann sehr viel Zeit und Geld in Anspruch nehmen. Zudem verursacht sie häufig einen Engpass im Entwicklungsprozess.

Doch es hat große Veränderungen gegeben. Da die 3D-Drucktechnik inzwischen wirklich bezahlbar ist, können Entwicklungsteams nun im Handumdrehen physische Prototypen anfertigen, ohne den Entwicklungsprozess zu unterbrechen. Und das Beste daran: Sie müssen dazu nicht einmal ihr Büro verlassen. Diese Rapid Prototyping-Maschinen (RP), auch 3D-Drucker genannt, sind in der Lage, Teile und Produkte äußerst kostengünstig und mit ausreichender Qualität herzustellen, um Entwicklungsteams nicht nur Arbeitsmodelle zu liefern, sondern auch einmalige Entwürfe und begrenzte kleine Produktionsläufe der eigentlichen Produkte anzufertigen.

Hersteller holen sich RP-Funktionen ins Haus

Das Herstellungsverfahren für diese Rapid Prototypes wird als additive Fertigung bezeichnet. Dabei werden anhand eines digitalen Modells 3D-Volumenobjekte hergestellt, indem nach und nach zahlreiche Materialschichten aufgebracht werden. Noch vor kurzem waren RP-Maschinen so teuer, dass sie für die meisten Unternehmen nicht in Frage kamen. Infolgedessen schickten Entwicklungsteams ihre CAD-Daten an externe RP-Druckservices, wenn sie einen physischen Prototyp anfertigen lassen mussten. Dadurch ging wertvolle Zykluszeit verloren.

Heute sind die Preise für 3D-Drucker im Keller. Einige Modelle gibt es schon ab 500 USD, und für knapp 1.000 sind bereits Geräte mit sehr guter Leistung zu haben. Zwar kann man es noch nicht als Massenmarkt bezeichnen, doch immer mehr Hersteller holen sich die 3D-Drucktechnik ins Haus, um den Zeit- und Kostenaufwand für traditionelle physische Prototypen zu reduzieren.

3D-Drucker: Eine grundlegende Veränderung für CAD-Anwender?

Die Folgen der Bereitstellung von 3D-Druckfunktionen für CAD-Anwender sind beeindruckend. Noch nie zuvor waren CAD-Profis in der Lage, ihre Produkte selbst herzustellen. Sie konzentrierten sich ganz auf die Konstruktion des Produkts und übergaben es dann zur Fertigung an die Produktion. So gab es kaum Gelegenheit für die Konstrukteure, von ihrer eigenen Arbeit zu profitieren.

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der der Entwickler eines Produkts, also der CAD-Anwender, seine Produkte direkt an die Konsumenten verkaufen könnte, die es dann zu Hause auf ihrem persönlichen 3D-Drucker „herstellen“ würden. In diesem Szenario hätten unzählige CAD-Profis dank der 3D-Drucktechnik eine Möglichkeit, ihre eigenen CAD-Entwürfe zu vermarkten. Dies würde auch die Entwicklung und Verteilung von kleineren, stark spezialisierten Produkten ermöglichen, die mit herkömmlichen Mitteln nicht wirtschaftlich in großer Zahl produziert werden können.

Die Zukunft des 3D-Drucks

Die Zukunftsperspektiven des 3D-Drucks sind nahezu unbegrenzt. Werdende Eltern in Japan können sich jetzt sogar ein 3D-Modell ihres Fötus anfertigen lassen. Die Modelle werden anhand von MRI-Daten hergestellt, die in ein 3D-Bild umgewandelt und anschließend auf einem 3D-Drucker ausgegeben werden. Mit 1.200 USD ist dies nicht gerade billig, deshalb bietet das Unternehmen jetzt zum halben Preis auch ein 3D-Modell des Gesichts des Fötus an.

Eine weitere interessante Anwendungsmöglichkeit wird in einem kürzlich erschienen Artikel in der Times mit dem Titel We Can Almost Print New Organs Using 3D Stem Cells (Bald können wir neue Organe mithilfe von 3D-Stammzellen drucken) vorgestellt. Dabei geht es um das Thema der Biofabrikation, bei der die essentiellen Zellbausteine von Organen mit der mechanischen Genauigkeit von computergesteuerten 3D-Druckern zusammengesetzt werden.

Ein Forscherteam in Schottland gab vor kurzem bekannt, dass mithilfe eines Druckers mit ähnlichem Aufbau wie ein Tintenstrahldrucker die Herstellung eines organischen 3D-Objekts gelungen sei. Es handelt sich dabei zwar nicht um ein echtes Organ, doch die Forscher behaupten, eine wichtige Hürde überwunden zu haben: Es sei ihnen gelungen, dass humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen), die sich zu jeder beliebigen Gewebeart entwickeln können, den Druckvorgang überlebt haben.

Zwar ist es bis zum „Drucken“ menschlicher Organe noch ein weiter Weg, doch Wissenschaftler sind der Meinung, dass dieses Experiment ein wichtiger Schritt in diese Richtung darstellt und das grenzenlose Potenzial des 3D-Drucks bestätigt.

Mittelfristig bietet der 3D-Druck Produktherstellern eine zeit- und kostengünstigere Möglichkeit, die immer stärker angepassten Produkte zu entwerfen und bereitzustellen, die Kunden von ihnen erwarten. Der 3D-Druck wird auch signifikante Auswirkungen auf die Fertigungsindustrie haben, da er neue Märkte eröffnet und vorhandene stört, denn nahezu jeder kann nun 3D-CAD-Modelle anfertigen und herstellen.

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