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Schicht für Schicht trägtder Druckkopf neuesMaterial auf. Immer
wieder fährt er über die Un-terlage, immer höher wirddas Gebilde. Es entstehenHohlräume, filigrane Muster,hauchdünne Wände … He-raus kommt zum Beispiel einmehrfarbiges Getriebe (Bildunten links), voll funktions-fähig, drehbar in alle Rich-tungen. Die Besonderheit: Esist in einem Stück hergestellt– besser gesagt gedruckt.
„Mit dem 3D-Drucker kön-nen wir Produkte herstellen,die mit konservativen Ver-fahren nicht zu fertigensind“, erklärt Michael Hoff-mann von der HochschuleTrier, ehemals Fachhoch-schule, die über einen 3D-Drucker verfügt. Er ist Do-zent in der Fachrichtung Ma-schinenbau, Fachgebiet Digi-tale Produktentwicklung undFertigung. „Man kann belie-bige Geometrien realisieren,bei Bedarf auch in Farbe undin einer Genauigkeit von 0,1Millimeter“, sagt der 47-Jäh-rige. „Auch bewegliche Bau-gruppen wie etwa ein Getrie-be können in einem Druck-vorgang hergestellt werden.“
Seit 20 Jahren ist das Ver-fahren im Prototypenbauetabliert. Die Technologie seiinzwischen so ausgereift,dass sich kostengünstigKleinserien produzieren lie-ßen, sagt Hoffmann.Sinnvoll sei sie vor allem für dieLeicht-bauweiseim Fahr-zeugbau.„Ich druckenur dort
massiv, wo das Bauteil Belas-tungen aufnehmen muss“,erklärt Hoffmann. AndereTeile könnten innen hohlhergestellt werden. „Für Pro-duktentwickler entstehen al-so völlig neue Möglichkeitender Bauteilgestaltung.“ Es ge-be bereits erste Verfahren,die verschiedene Werkstoffein einem Druckvorgang ver-arbeiten können. So kann et-wa eine Dichtung oder eineOberfächenbeschichtunggleich mitproduziert werden.
Die Technologie hat diePrivatkunden längst er-
reicht. Webdienstebieten 3D-Mo-
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Kleine Revolution: Die Fabrik auf dem 3D-Drucker eröffnen neue Möglichkeiten – Anwendung in Produktentwicklung, Herstellung
Die Gegenwart hat die Zu-kunft längst eingeholt: In derScience-Fiction-Welt von„Star Trek“ des 24. Jahrhun-derts spucken ReplikatorenGegenstände aus. In derRealität des 21. Jahrhundertskönnen 3D-Drucker daslängst. Steht in der Produkti-on eine kleine Revolution insHaus?
Ein 3D-Drucker arbeitet bei der Computermesse CeBIT in Hannover mit gelbem Kunststoff. Fotos: dpa, Mechthild Schneiders
Anwendungin der Neurochirurgie
Die Hochschule Trier nutztdie Entwicklung des 3D-Drucks für Innovationen inder Neuromedizin. Im Laborfür Robotik entwickelt Pro-fessor Peter Gemmar imRahmen des Forschungspro-jekts „ComputerunterstützteNeuromodulation“ in Koope-ration mit dem Centre Hos-pitalier de Luxembourg ei-nen Roboterarm für Opera-tionen am offenen Gehirn. Die sogenannte tiefe Hirn-stimulation, die etwa zur Be-handlung von fortgeschritte-nem Morbus Parkinson ein-gesetzt wird, kann durchden Einsatz von Computerndie Patienten entlasten. AlsGrundlage dient dabei dasModell eines menschlichenSchädels, das die Maschi-nenbauer ausdrucken (Bildrechts). An diesem werdendie Abläufe simuliert, dieder Roboterarm dann im OP-Saal ausführt. Die StiftungRheinland-Pfalz für Innovati-on fördert das Projekt.http://3DDruck.hochschule-trier.de
Das Modell eines menschlichen Kopfs für eine Gehirnoperation (sieheExtra). Ganz links ein gedrucktes Differenzialgetriebe.
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klick produziert werden. Wer kreativ ist, gestaltet Tas-se, Lampenschirm oder Ringselbst und bestellt nur denDruck. Wie die HochschuleTrier bieten Druckservicesihre Leistungen an. Oder derKunde produziert seine Warezu Hause selbst. „EinfacheGeräte gibt es ab 1000 Euro“,sagt Hoffmann. Diese Minifa-briken sind nur wenig größerals normale Drucker. Dochdie Auswahl der Materialienist eingeschränkt, und die Er-gebnisse haben nicht dieQualität der professionellenGeräte, die 50 000 Euro undmehr kosten.
Der 3D-Druck gehört zuden additiven Verfahren. DasGerät setzt eine am Compu-ter entworfene Konstruktionin ein reales Objekt um. Da-bei trägt es, anders als beimFräsen, Schneiden oder Gie-ßen, den Werkstoff schicht-weise auf. Etwa, indem derDrucker heißen Kunststoffdurch eine Düse presst. Oderindem er ein Pulver oder eineFlüssigkeit an den entspre-chenden Stellen chemischverbindet, mit dem Laserschmelzen lässt oder mit UV-Licht aushärtet. Werkstoffesind Kunststoffe und -harze,Keramik, Glas, Metalle. Für
die Produktion werden we-der Werkzeuge noch Formenbenötigt, es fällt kaum Abfallan. Die Form des Produkts istnur von der digitalen Vorlageabhängig; jede Geometrie istmöglich. „Der Druckerdruckt so exakt, wie das Mo-dell gestaltet ist“, sagt Hoff-mann. Die Voraussetzung istein digitales 3D-CAD-Modellauf Basis von Scans oderKonstruktionen. EinfacheProgramme gibt es kostenfreiim Internet.
„Es ist revolutionär, was inden letzten zehn Jahren pas-siert ist. Die Technologiewird sich noch weiterent-wickeln“, ist sich Hoffmannsicher. Die Zukunft sieht er inder Herstellung von Proto-typen, aufwendig herzustel-lenden Artikeln, in der Pro-duktentwicklung, in Kleinse-rien und im Dienstleistungs-
bereich. Der Anbieter könneErsatzteile für Geräte oderfür Autos direkt ausdrucken,sagt der Dozent. Oder dieKunden laden sich die Datenim Internet selbst herunterund lassen sie ausdrucken. Soentfallen Lagerhaltung,Transporte – die Produktionin Billiglohnländern könnteüberflüssig werden.
„Wir haben Modelle vonunserem EnergiesparautoProtron für den Versuch imWindkanal gedruckt“, sagtHoffmann. Die so gewonne-nen Daten seien wichtig fürden Abgleich mit den Berech-nungen. „Es ist ein geringererAufwand, das am Computerentwickelte Modell auszu-drucken, als wie früher zufräsen.“ Und in einer Semes-terarbeit haben Studentenvoll bewegliche Autospiegelproduziert.
Dass der 3D-Druck in ab-sehbarer Zeit Technologienwie Spritzguss und compu-tergestütztes Fräsen voll-ständig ersetzt, glaubt Hoff-mann nicht, aber er eröffne neue Möglichkeiten.„Mittelfristig wird er sich inunserem Alltag durchset-zen.“ An der HochschuleTrier deckt die Maschineschon jetzt ein breites An-wendungsspektrum ab: „Esgeht darum, Möglichkeitendes Verfahrens auszuloten,nicht nur für den Maschinen-bau. Da ergeben sich interes-sante Synergien.“ Für die Ar-chitektur- und Design-Stu-denten etwa würde langwie-riges Bauen mit Holz oderPappe entfallen; das Fertigenvon komplexeren Modellenwird oft überhaupt erst mög-lich. Und das Verfahren istauf dem Weg, die Medizin-technik zu revolutionieren.Etwa bei Operationen: Schonheute können sich Chirurgenaus den Daten einer Compu-tertomografie ein Modell ei-nes Organs erstellen lassen,um eine OP realistisch zu pla-nen (siehe Extra). Auch „Er-satzteile“ wie Hörgeräte undZahnprothesen werden er-zeugt, aber auch Hüftgelen-ke, Knochen, ja sogar Weich-teile, etwa am Gesicht oderam Ohr. Zurzeit arbeiten For-scher am „Organ-Printing“,der Entwicklung 3D-ge-druckter Organe aus mensch-lichen Zellen. Und vielleichteinmal wird Massentierhal-tung ein Fremdwort sein,dann nämlich, wenn die Nah-rungsmittelindustrie Fleischdrucken kann.
Schreibtisch Text: Mechthild Schneiders
von Prototypen und Medizintechnik
Michael Hoffmann vom Fachbereich Maschinenbau an der HochschuleTrier mit einem voll beweglichen Seitenspiegel für ein Auto.
’’ Mittelfristigwird der 3D-Druck sich inunserem Alltagdurchsetzen.
Michael Hoffmann,
Hochschule Trier
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