3D-Druck der Zukunft: Trends und Entwicklungen

07.06.2019

Der industrielle 3D-Druck – oder besser die Additive Fertigung – ist schon lange keine absolute Neuheit mehr. Das Patent für das erste stereolithographische Verfahren wurde bereits vor 35 Jahren angemeldet. Doch erst in den letzten Jahren wurden 3D-Drucker für industrielle Anwendungen zuverlässig und günstig genug, so dass breite Anwendungsfelder erschlossen werden konnten.

Die Additive Fertigung im Wandel der Zeit

Designstudie eines metallischen 3D-Drucks von APWORKS (Bildnachweis: Bayern Innovativ) In der Medizinbranche hat sich die Additive Fertigung frühzeitig und rasant ausgebreitet. Hierbei liegt vor allem der hohe Bedarf an individuellen Produkten wie Prothesen, Hörgeräten und Implantaten zugrunde. Seit nun eine steigende Anzahl an Prozessen, Anlagen und Materialien verfügbar und bezahlbar ist, wollen auch Unternehmen anderer Branchen auf den Zug aufspringen. Doch einfach von konventionellen Verfahren auf die Additive Fertigung umzuschwenken, ohne dabei die Produkte und Bauteile anzupassen, wird wohl auch zukünftig nicht zum Erfolg führen. Als Ergänzung zu bestehenden Produktionsprozessen hingegen und unter Ausnutzung seiner Vorteile kann der 3D-Druck Innovationen beschleunigen oder gar erst ermöglichen.

3D-Druck als Innovation?

Klar, die Additive Fertigung ist an sich bereits eine Innovation. Doch ist sie viel öfter das Mittel zum Zweck, um bessere und völlig neue, innovative Produkte zu entwickeln. Häufig wird Additive Fertigung zurecht mit Leichtbau in Verbindung gebracht. Es lassen sich Hohl- oder Gitterstrukturen realisieren, die nach dem Vorbild der Natur und topologieoptimiert designt werden können. Zur Gewichtsreduktion forscht vor allem die Luft- und Raumfahrtbranche schon lange an Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks. Bei Airbus fliegen bereits bis zu 1.000 additiv gefertigte Bauteile mit. Doch nicht nur die Luftfahrt profitiert von der Additiven Fertigung: die durch additive Verfahren herstellbaren feinen Strukturen könnten die gesamte Energiebranche revolutionieren. In Batterien, bei der Elektrolyse und in Photovoltaikanlagen spielen große Oberflächen eine maßgebliche Rolle, die durch 3D-Druckverfahren wirtschaftlich in komplexesten Geometrien darstellbar sind.

4D-Druck: Der Weg in die vierte Dimension

Additive Fertigung bietet darüber hinaus die Möglichkeit eine vierte Dimension, die Zeit, zu integrieren. Der oft als 4D-Druck bezeichnete Prozess erweitert 3D-gedruckte Bauteile um eine zeitabhängige Funktion. Die Herstellung und Verarbeitung sogenannter Smart Materials oder intelligenter Materialien ermöglicht die Formänderung eines Bauteils durch äußere Einflüsse. Auslöser der Verformung können dabei beispielsweise Temperaturänderungen, Feuchtigkeit, Vibration, Licht oder andere Reize sein.

Die Kombination der Vorteile des 3D-Drucks mit denen der Smart Materials eröffnen dabei völlig neue Anwendungen. Zum einen könnten Druckzeiten verringert werden, da sich das Bauteil erst nach dem Drucken beispielsweise durch einen magnetischen Impuls in seine finale Gestalt verformt – das spart zusätzlich Transport- und Lagerkosten. Auch die Medizinbranche könnte vom 4D-Druck profitieren: medizinische Implantate würden sich erst nach Einbringungen in den Körper entfalten und somit die invasiven Eingriffe verkleinern.

Es zeigt sich, dass die Potenziale der Additiven Fertigung bei Weitem noch nicht ausgeschöpft sind. Forschungsinstitute sowie innovative Unternehmen treiben dabei die Entwicklung stark voran.