Was sind 3D-Drucktechnologien?
3D-Druck ist ein Prozess von additive Fertigung basierend auf der Idee, ein digitales Modell in ein dreidimensionales festes Objekt umzuwandeln. Im Laufe der Jahre wurden auch verschiedene 3D-Drucktechnologien genannt In der Industrie wurden additive Technologien mit dem gemeinsamen Merkmal entwickelt, Schicht für Schicht ein physikalisches Modell zu erstellen.
Der Ursprung des Konzepts geht auf die 1980er Jahre zurück, als Dr. Kodama vom Nagoya Municipal Industrial Research Institute eine Rapid-Prototyping-Technik entwickelte, mit der ein Objekt „Scheibe für Scheibe“ hergestellt werden konnte. 1984 schuf ein Team französischer Forscher ein erstes Patent, das einige Jahre später endgültig aufgegeben wurde. Schließlich war es Chuck Hull, der spätere Gründer des Giganten 3D Systems, der 1986 das erste kommerzielle Patent für eine Technik erhielt, die damals „Stereolithographie“ hieß. Im Jahr 2016 kündigte der Riese HP überraschend seinen Einstieg in den 3D-Druck-Markt mit einer neuen proprietären Technik namens an Multi-Jet-Fusion das additive Binder-Jetting- und Material-Jetting-Technologien zur Herstellung von Kunststoffteilen kombiniert.
Diese erste Entwicklung markierte tatsächlich den Beginn dessen, was heute als vierte industrielle Revolution bezeichnet wird und Anwendungen in ebenso zahlreichen wie unterschiedlichen Bereichen ermöglicht: Medizin, Luftfahrt, Schmuck und viele andere.
Entwicklung additiver Fertigungstechnologien
Dort Stereolithographie (SLA) ist eine Technologie, die ein unter UV-Licht verfestigtes flüssiges Harz als 3D-Druckmaterial verwendet. Seit dieser ersten Entdeckung sind im Laufe der Jahre neue additive Fertigungstechniken entstanden. 1988 meldete Professor Carl Deckard von der University of Texas ein Patent dafür an Selektives Lasersintern (SLS) welches auf der Verschmelzung eines Kunststoffpulvers mit einem Laser basiert. Etwa zur gleichen Zeit entwickelte Scott Crump, Gründer der Stratasys Group, die ersten 3D-Drucker, die die Extrusion von Kunststofffilamenten nutzten. Diese Technik ist unter dem Namen patentiert Fused Deposition Modeling (FDM) ist heute aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit und relativ niedrigen Anschaffungskosten eine der beliebtesten 3D-Drucktechnologien.
Seit den 1990er Jahren hat die additive Fertigung mit der Einführung innovativer Technologien immer mehr an Bedeutung gewonnen: Binder Jetting, erfunden von ZCorp, bei dem ein Mineralpulver, ein Bindemittel und farbige Tinten verwendet werden; PolyJet-Technologie, entwickelt von der israelischen Firma Objet, bei der der 3D-Drucker Tausende dünner Tröpfchen verfestigbarer flüssiger Photopolymere auf eine Schale aufträgt und diese sofort mit UV-Licht aushärtet. SLS hingegen führte mit dem Aufkommen additiver Technologien wie z. B. zur metalladditiven Fertigung Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) , vermarktet von Playern wie Phénix Systems, SLM Solutions oder Concept Laser, oder die Elektronenstrahlfusion (EBM) in den 2000er Jahren von der schwedischen Firma Arcam entwickelt.
Trotz des starken Wettbewerbs dringen weiterhin viele Akteure in den Markt ein, wobei einige bestehende Prozesse verbessern und andere neue Prozesse entwickeln. Der Hersteller EnvisionTec mit DLP-Druck (Digital Light Processing), das französische Unternehmen Prodways mit MovingLight oder Carbon3D mit CLIP haben beispielsweise von der Stereolithographie abgeleitete Technologien entwickelt. Im Jahr 2016 kündigte der Riese HP überraschend seinen Einstieg in den 3D-Druckmarkt mit einer neuen Technik namens Multi Jet Fusion an, die Pulvermontage und Materialspritzen für die additive Fertigung von Kunststoffteilen kombiniert.
Heutzutage ist jedoch Metall das Material der Wahl für Druckerhersteller. Zu den Neulingen zählen BeAM Machines, XJet, Markforged, Fives AM, Desktop Metal und AdMetalFlex, die jeweils ihre eigenen Gründe haben: geringere Kosten, kürzere Druckzeiten, Vielfalt an kompatiblen Metallen usw. Im Jahr 2020 wurde der 3D-Druckmarkt, einschließlich des Verkaufs von Maschinen, Druckmaterialien und damit verbundenen Dienstleistungen, auf 17 Milliarden US-Dollar geschätzt.
Die Entwicklung der Materialien für den 3D-Druck
Die Entwicklung von 3D-Druckmaterialien ging in den letzten Jahren sehr schnell voran. Einige Materialien haben sich im Laufe der Zeit verbessert, andere haben sich mit der Einführung neuer 3D-Drucktechnologien entwickelt oder sind entstanden. Von Kunststoff über Metall bis hin zu überraschenden Materialien wie essbaren Materialien hat jedes Material spezifische Eigenschaften und wird oft an eine bestimmte Technologie angepasst.
Jedes 3D-Druckmaterial ist in verschiedenen Formaten erhältlich, von Harzen bis hin zu DLP- und SLA-Technologien, zu Filamenten für FDM-Technologien oder zu Metallpulvern für Technologien L-PBF. Täglich werden neue Formate und Materialien entwickelt, um die Entwicklung widerstandsfähigerer Modelle und besserer Druckqualität zu ermöglichen.
Derzeit ist der Markt für 3D-Druckmaterialien weitreichend und wächst weiter. Viele Akteure investieren und wetten darauf. Der Markt für 3D-Materialien soll bis 2021 einen Wert von 1,4 Milliarden US-Dollar erreichen.
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