Neue Materialien ermöglichen verstärkte Verwendung des 3D-Drucks

Als die ersten 3D-Drucker auf den Markt kamen, wurden sie aufgrund ihres hohen Preises in erster Linie von professionellen Druckservicebüros gekauft und eingesetzt. Produktentwicklungsfirmen schickten diesen Druckservicebüros CAD-Dateien der entwickelten Teile oder Modelle und erhielten einige Wochen später einen Prototyp zurück, den die Ingenieure des Unternehmens nun testen und auswerten konnten.

Fallende Preise und die zunehmende Verfügbarkeit von kostengünstigeren Optionen für den 3D-Druck bedeuten, dass heute viel mehr Unternehmen in der Lage sind, Prototypen von Konzeptmodellen, Teilen, Werkzeugen und fertigen Teilen intern herzustellen. Dadurch wird der Zyklus für das Bauen, Testen und Genehmigen beschleunigt und die Time-to-Market verkürzt. Durch die Möglichkeit, in kurzer Zeit funktionsfähige und testbare Prototypen anzufertigen, werden auch Konstruktionsbesprechungen im Team erleichtert und beschleunigt.

Mit 3D-Druckern angefertigte Objekte werden für eine Vielzahl von technischen Anwendungen genutzt, von der Konzeptmodellierung, über die Herstellung funktionierender Prototypen bis hin zur Zertifizierungsprüfung und der agilen, risikoarmen Herstellung. Die gängigsten Materialien für die Herstellung dieser Teile und Produkte sind klare, gummiartige Photopolymere und feste Hochleistungs-Thermoplaste und -Harze.

Wichtig für Produktentwickler ist vor allem, genau zu wissen, wie die derzeit verfügbaren Materialien am besten mit der Konstruktionssoftware und der Druckhardware harmonieren. Wenn für die konventionelle Herstellung eines Teils oder Prototyps ein bestimmter Werkstoff erforderlich ist, müssen die Ingenieure für den 3D-Druck ein im Hinblick auf Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Flexibilität vergleichbares Material auswählen.

Neue Materialien bieten mehr Optionen für mit 3D-Druckern hergestellte Produkte

Ein weiterer Faktor, durch den diese neue Technologie weiter verbreitet wurde, ist die Einführung zahlreicher neuer Werkstoffe für den Bau von Teilen, Prototypen und Endprodukten. Dadurch können potenziell noch mehr Produkte intern von Produktentwicklern oder sogar von den Endanwendern zu Hause hergestellt werden.

Die meisten mit 3D-Druckern hergestellten Objekte bestehen aus starrem Kunststoff oder Kunstharz, was nicht unbedingt für jedes Produkt ideal ist. Vor kurzem stellten einige Anbieter neue Materialien vor, die sich besser biegen lassen und in ihren Eigenschaften eher mit Gummi vergleichbar sind. So müssen die Konstrukteure keine Stoßdämpfung und strukturelle Elastizität in ihre Modelle, Gadgets und Funktionsobjekte einbauen.

Auf dem Catwalk der Fashion Week im Frühjahr 2013 war das erste mit dem 3D-Drucker erstellte Haute-Couture-Kleid der Welt der holländischen Designerinnen Iris van Herpen und Julia Koerner zu sehen. Das Kleid wurde von i.materialise, einem Online-3D-Druckservice, auf Stereolithografiemaschinen aus einem experimentellen, gummiähnlichen Material hergestellt.

Shapeways, ein anderer 3D-Druckanbieter, hat ebenfalls ein schwammartiges Kunststoffmaterial namens Elasto Plastics vorgestellt. Der Werkstoff in einem schmutzigen Weißton ist flexibler als die meisten anderen druckbaren Materialien, zugleich aber auch sehr fest. Das ebenfalls noch in der experimentellen Phase befindliche Material ist nur für hochgeladene Entwürfe verfügbar.

Das Unternehmen testete die Marktfähigkeit dieses neuen Materials. Diese neuen, flexibleren Materialien eröffnen viele weitere Optionen für 3D-gedruckte Produkte, sogar Kleidung und Schuhe.

3D-Druck wird Mainstream

Eine Technologie hat die kritische Masse erreicht, wenn der größte Onlinehändler der Welt, Amazon, ein Stück vom Kuchen ab haben will. Im Juni stellte Amazon eine neue Kategorie für 3D-Druckerhardware und Zubehör vor, die Verbrauchern helfen soll, 3D-Drucker und Zubehör von mehreren Anbietern zu wählen. Bei der letzten Suche wurden 832 „3D-Druckmaterialien“ gefunden, die meisten davon Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Kunstharze wie Polymilchsäure (PLA) in verschiedenen Farben.

Je mehr die Verfügbarkeit dieser neuen Materialien für den 3D-Druck zunimmt, umso mehr und interessantere Anwendungsmöglichkeiten werden sich für diese Technologie ergeben. Kürzlich erstellten Forscher der Harvard University die erste 3D-gedruckte Lithiumbatterie der Welt, die nur so groß ist wie ein Sandkorn. Diese Mikrobatterien, die zukünftige kleinste Roboter oder medizinische Geräte mit Strom versorgen könnten, wurden mit einem speziellen 3D-Drucker aus Schichten von eng ineinander greifenden Elektroden gefertigt.

Fazit

Je mehr neue Materialien entwickelt und leistungsfähigere 3D-Drucker auf den Markt gebracht werden, umso unbegrenzter sind die Möglichkeiten dieser spannenden neuen Technologie, da dann nur noch die menschliche Phantasie ihr Grenzen setzt. Mit dieser Technologie kann jeder, der eine Idee hat, diese auch realisieren.

Die Möglichkeit, in kurzer Zeit Prototypen intern herzustellen, wird auch traditionelle Unternehmen in der Fertigung in die Lage versetzen, die Entwicklungszyklen zu verkürzen, indem der Prozess aus Entwerfen, Bauen und Testen beschleunigt wird. Produkthersteller können zudem schneller auf Veränderungen am Markt reagieren und im Handumdrehen Produkte mit niedrigeren Produktionskosten und ohne die hohen Gemeinkosten herstellen, die üblicherweise mit vollständigen Produktionsläufen verbunden sind.

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