Die Geschichte des Erfinders und seines Unternehmens

Charles W. „Chuck“ Hull wurde am 12. Mai 1939 in Colorado geboren und ging dort bis 1961 auf die Universität. Sein Studium schloss er mit dem Bachelor der Naturwissenschaften als Physikingenieur ab. Daraufhin arbeitete er als Vizepräsident des Ingenieurings in dem Unternehmen UVP in Kalifornien. Hier entdeckte er das allererste 3D-Druckverfahren und gründete später sein eigenes Unternehmen 3D Systems, welches noch bis heute besteht. Mittlerweile ist das Unternehmen ein internationaler Hersteller von 3D-Drucksystemen, die das SLA-Verfahren nutzen.

Nicht nur Drucksysteme wurden von 3D Systems entwickelt, sondern auch die geeigneten Materialien mit den benötigten Anforderungen wurden entwickelt. Bis heute hält das Unternehmen knapp 400 Patente, welche alle aus dem Bereich der 3D-Drucktechnologie stammen. Damit hat Chuck Hull den Grundstein für den 3D-Druck gelegt, die Technikwelt revolutioniert und ist noch heute mit seiner Firma einer der wichtigsten Entwickler, wenn es um die Weiterentwicklung des 3D-Drucks geht.

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So entstand das erste 3D-Druckverfahren

Chuck arbeitete in der Firma UVP. Zu der damaligen Zeit galt Kunststoff hauptsächlich als Oberflächenbeschichtungsmaterial. Diese Tatsache sowie die gefühlte Ewigkeit, die man damals mit dem Warten während des Baus eines Prototyps verbrachte, führten Hull zu seiner revolutionären Entdeckung. 1983 entdeckte er, dass man mit UV-Licht den flüssigen Kunststoff aushärten lassen kann. Viele würden meinen, das Sprichwort „Not macht erfinderisch“ hätte sich damals bewahrheitet, obwohl es in diesem Fall eher die Langeweile war, die Hull antrieb. Sein Verfahren erinnert sehr an die heutigen SLA-, FTI-, MJM- und DLP-Verfahren, da all diese Techniken ebenfalls mit Hilfe von flüssigem Material und UV-Licht funktionieren.

In den folgenden Jahren bastelte Hull in seinem Labor weiter an seiner heißgeliebten, neuen Maschine. Als der erste Druck vollendet war, rief er noch in der gleichen Nacht bei seiner Frau an, dass sie doch bei ihm im Labor vorbeikommen solle, um seine Entdeckung zu begutachten. Somit schuf er das erste Verfahren zum Drucken von 3-dimensionalen Gegenständen. Das erste auf diese Art und Weise gedruckte Objekt war eine dunkelbraune Plastikschale, die sowohl Riffeln als auch Aussparung besaß. Seine Erfindung macht es möglich, den eigentlich tagelang dauernden Prozess für die Entwicklung von Prototypen zu umgehen und somit zu beschleunigen.

Das Patent für sein Verfahren, die „Stereolithography“ (SLA), meldete Hull am 8. August 1984 an. Es wurde am 11. März 1986 freigegeben. Daraufhin gründete Hull das Unternehmen 3D Systems und produzierte von diesem Zeitpunkt an 3D Drucker. Die Drucker waren zunächst hauptsächlich zur Erstellung von Prototypen gedacht. Tatsächlich ist der Hauptverwendungszweck bis heute der gleiche wie damals. Jedoch hatte Hull damals bestimmt nicht damit gerechnet, dass seine Technologie knapp 30 Jahre später soweit gereift sein würde, dass man die Geräte für den „Bau“ von Essen, Möbeln oder sogar von Häusern nutzen kann.

So funktioniert das Verfahren

Das 2015 vorgestellte Verfahren wurde von Carbon 3D entwickelt. Das Continuous Liquid Interface Production, kurz CLIP-Verfahren, soll die Problematik anderer 3D-Drucker beheben. Hierzu wird eine Photopolymerisation von flüssigem Resin durchgeführt. Dieses wird im Folgenden als Harz beschrieben. Das Harz wird in einem Tank als eine Art Harzbad gelagert. Am Boden dieses Gefäßes befindet sich eine kontaktlinsenähnliche Schicht, welche luft- und lichtdurchlässig ist. Mit Hilfe von einem UV-Licht wird ganz unten im Tank, in der sogenannten „deadzone“, welche durch Sauerstoff erzeugt wurde, das Harz gezielt geschmolzen und gleichzeitig leicht erhärtet. Durch die Hinzugabe von Sauerstoff härtet der Harz jedoch nicht zu früh aus.

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Daraufhin wird die sogenannte „Build-Plattform“ hochgezogen. Die Plattform ist eine flexible Platte, auf der das Produkt entsteht. Zu Beginn des Druckvorganges wird sie nach ganz unten gefahren, um dort den Beginn des Druckes zu unterstützen. Während des Druckvorganges wird die Plattform kontinuierlich aus dem Harzbad gezogen und legt dann das erhärtete Objekt frei.

Wenn das Objekt fertig ist und komplett aus dem Tank gezogen wurde, ist der Druckvorgang beendet. Entscheidend bei dem Verfahren ist die Steuerung durch UV-Licht und Sauerstoff. Diese erstellen das Objekt durch diverse chemische Prozesse. Hierfür benötigt man jedoch die passende Software von Carbon3D.

 

Wo kann dieses Verfahren angewendet werden?

In dem Verfahren können jegliche Polymere verarbeitet werden, somit und durch die hohe Geschwindigkeit kann das Verfahren in diversen Bereichen verwendet werden. Die einzigen Grenzen sind, dass man nur Polymere als Edukte verwenden kann und die Software sowie den CLIP-Drucker benötigt.

 

Was sind die Vor- und Nachteile des CLIP Verfahrens?

Der einzige Nachteil, den man bisher kennt, ist, dass man den Drucker sowie die spezielle Software dazu braucht. Im Gegensatz dazu stehen jedoch auch einige Vorteile. Beispielsweise verspricht Carbon3D, dass das Verfahren 25- bis 100-mal schneller ist als andere 3D-Druckverfahren. Das liegt daran, dass man nicht jede Schicht einzeln drucken und zusammenkleben muss, auch ist die Oberfläche eine ganz andere, denn man sieht bei den entstandenen Produkten mit CLIP keinerlei Rillen bzw. Schichten.

Vor allem unter dem Mikroskop betrachtet, erkennt man den eindeutigen Unterschied zwischen CLIP und anderen Verfahren. Somit haben die Objekte auch weniger Schwachstellen. Weiterhin kann man jegliches Polymer als Edukt verwenden und hat somit eine Flexibilität bei den Eigenschaften der Produkte. Vor allem mit den letzten beiden Aspekten steigt die Qualität der Produkte an und revolutioniert somit das 3D-Drucken.

Beim 3D Drucken werden bestimmte Objekte in der Regel aus Kunststoff gedruckt, wobei auch andere Materialien zum Einsatz kommen können. Dieser Kunststoff wird durch einen Antrieb in den Kopf des 3D Druckers gezogen, wo er durch Wärme schmilzt und schließlich in feinen Fäden auf eine Platte aufgetragen wird. Diese Platte wandert bei dieser Art von Druckvorgang nach unten, während die dünnen Plastikschichten Schritt für Schritt übereinander aufgetragen werden, wodurch nach und nach das dreidimensionale Objekt geformt wird.

Wenn der 3D Druck erst einmal gestartet ist, läuft alles ganz einfach ab, bis dahin sind aber im Vorfeld einige Schritte notwendig, die nicht ganz so einfach sind. Eine perfekte 3D Datei, die Grundlage für jeden 3D Druck ist, am Computer selbst zu erstellen, ist leider gar nicht so leicht, wie es auf Anhieb klingen mag. Für Fachleute, wie zum Beispiel Designer bestimmter Produkte, die sich mit 3D Applikationen auskennen, sind 3D Drucker allerdings schon jetzt eine gute Möglichkeit, um von ihren Entwürfen preisgünstige Modelle herzustellen.

(Video zu finden auf Objectplot.de)

3D Drucker sind etwas völlig anderes als herkömmliche Drucker, die man von seinem heimischen PC her kennt und an dem Tag für Tag irgendwelche Dokumente, Flug- und Zugtickets oder sonstiges ausgedruckt werden. Mit einem 3D Drucker werden keine Texte oder Bilder ausgedruckt, sondern vielmehr greifbare Gegenstände wie Vasen, Silberschmuck oder diverse Modelle aus dem Modellbau, für die vorab eine entsprechende 3D Datei am Computer generiert wurde. 3D Drucke werden immer populärer, doch natürlich stellt sich dabei auch die Frage, ob wir mit Riesenschritten in ein ultra-modernes Zeitalter schlittern, in dem jeder einen 3D Drücker im Wohnzimmer oder hauseigenen Büro stehen hat. Die Zukunft wird es zeigen aber eines ist auf jeden Fall sicher: die Möglichkeit Objekte in 3D zu drucken ist absolut faszinierend, wie Mister Spock vom Raumschiff Enterprise sagen würde, und ist darüber hinaus im Moment auf dem besten Weg unsere ohnehin schon weitgehend technisierte Welt nachhaltig zu bereichern. Was früher nur für milliardenschwere Industrieunternehmen eine Rolle gespielt hat, ist nun mittlerweile beinahe schon für jeden erschwinglich. Dafür ist es noch nicht einmal notwendig einen eigenen 3D Drucker zu Hause stehen zu haben. Wer eine spezielle Idee hat und davon ein wirklichkeitsgetreues Modell in seinen eigenen Händen halten möchte, kann dies ohne weiteres auch jetzt schon zu relativ günstigen Konditionen bei einem Anbieter von 3D Drucken in Auftrag geben. Auf diese Weise kann eine persönliche Vision ganz schnell zur Wirklichkeit werden. Dabei hat das Ganze absolut nichts mit Science Fiction zu tun. Fest steht allerdings, dass es sich bei der 3D Druck-Technologie um eine absolut bahnbrechende Erfindung handelt, die möglicherweise schon in sehr naher Zukunft überall anzutreffen ist. Schließlich hätte vor nicht allzu langer Zeit kaum jemand daran gedacht, dass bald jede Person mit einem Handy in der Hand unterwegs sein würde – vom Ausmaß der Nutzung des Internets ganz zu schweigen.

Nochmal zur Verdeutlichung: 3D Drucker produzieren keine Seiten mit Texten darauf, sondern dreidimensionale Gegenstände. Einige Anhänger von 3D Druckern malen sich jetzt schon aus, dass zum Beispiel Haushaltsgegenstände, in Zukunft nicht mehr in einem Laden gekauft werden, sondern jeweils lediglich noch ein 3D Modell erstellt wird und wir eine neue Kaffeetasse selbst zu Hause mit einem 3D Drucker herstellen. Wie weit uns die Technologie 3D Druck in Zukunft führen wird, bleibt abzuwarten. Tatsache ist allerdings, dass mittlerweile schon 3D Drucker auf den Markt gekommen sind, die weniger als 2000 Dollar kosten. Wenn man sich vorstellt, dass dieser Preis auch nicht teurer ist, als würde man sich einen alten Gebrauchtwagen anschaffen, liegt die Vision nahe, dass bald schon in so gut wie jedem Haushalt ein 3D Drucker stehen wird.

3D Drucker in Berlin: ObjectPlot.de