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Dreidimensionale Stadtmodelle sind aus der Städteplanung nicht mehr wegzudenken. Sie bieten gegenüber den herkömmlichen 2D-Modellen eine Menge Vorteile: Sie sind anschaulicher und realistischer und erleichtern den Verantwortlichen das Treffen von wichtigen Entscheidungen. Die Entwickler einer Stadt, Architekten und Bauherren müssen tagtäglich Entscheidungen treffen, die Wahl des richtigen Modells kann weitreichende Konsequenzen nach sich ziehen – positiv wie negativ. Das dreidimensionale Städtemodell macht eine bessere Einschätzung möglich: Entscheidungen für oder gegen ein Modell können schneller getroffen werden. Auch Versicherungsgesellschaften und Privatpersonen können sich mit einem dreidimensionalen Städtemodell einen Eindruck verschaffen und Situationen besser beurteilen.

Anwendungsgebiete der dreidimensionalen Modelle

Wie wird die Stadt mit den neuen Gebäuden aussehen? Den gestalterischen Aspekt der Städteplanung kann man ganz realitätsnah nachvollziehen – inklusive Darstellung von Beleuchtungssituationen, Licht und Schatten sowie spiegelnder Flächen.

3D-Stadtmodelle werden für die Planung von Windenergie- und Solaranlagen verwendet, wodurch die Anwohner sich aufgrund der besseren Planung weniger belästigt fühlen. Stadtentwickler können mit Hilfe von 3D-Modellen sogar die Ausbreitung von Schall simulieren und dadurch Lärmprognosen erstellen.

Auch Hochwassersimulationen können durchgeführt werden. In Anbetracht der Klimaerwärmung ist das nicht nur für Städteplaner wichtig, sondern vor allem für Versicherungsgesellschaften relevant. Bürger können sich informieren – ganz gleich ob Mieter oder Eigenheimbesitzer. In einer Hochwassersimulation wird dargestellt, wie stark welches Gebäude bei welchem Wasserstand betroffen ist.

Welchen Ämtern und Institutionen erleichtern 3D-Stadtmodelle ihre Arbeit?

Die Nutzung eines 3D-Städtemodells kann den Mitarbeitern verschiedener Ämter helfen, die richtige Entscheidung zu treffen. Umweltschutzamt, Garten- und Tiefbauamt, Baurechtsamt und natürlich das Städtebauamt profitieren von den realistischen Gegebenheiten eines 3D-Städtemodells. Aber auch die Feuerwehr: Sie kann sich Straßenverläufe und bauliche Besonderheiten genau ansehen und sich so optimal auf einen Einsatz vorbereiten.

Transparenz auch für Bürger

Jeder Betroffene kann sich einen realistischen Eindruck von gegebenen oder neuen Situationen verschaffen. Hierfür gibt es viele verschiedene Beispiele: Wird das neue Gebäude die Sicht aus dem Wohnzimmer versperren? Wird die Sonnenterrasse nach dem Bau des Nachbarhauses im Schatten liegen? Ist mein Wohnhaus von einem Hochwasser betroffen? Und was ist überhaupt mit der neuen Windkraftanlage: Werde ich sie hören können? Welche Alternativen gibt es?

Medien und 3D-Modelle

Auch die Werbewirtschaft profitiert von dem Einsatz der dreidimensionalen Objekte. So kann beispielsweise die Simulation eines vorbeifahrenden Autos erzeugt werden. Daraus errechnet ein Programm, wie lange der Fahrer eine Werbetafel sehen kann – daraus ergibt sich eine optimale Standortbestimmung für das Anbringen von Werbeanzeigen.

In Zukunft werden mehr und mehr dreidimensionale Objekte und Technologien in allen Bereichen unserer Gesellschaft Anwendung finden und diese maßgeblich begleiten auf dem Weg in die digitale Transformation.

Reverse Engineering (RE) bedeutet vereinfacht gesagt umgekehrtes Entwickeln. Normalerweise wird bei der Entwicklung eines Produkts zuerst ein Plan angefertigt und nach diesem das Produkt hergestellt. Beim RE läuft der Prozess andersherum: Aus dem Objekt heraus wird der Bauplan rekonstruiert. Hierfür untersucht man den Aufbau, die Zustände und Reaktionen des Objekts und analysiert diese. Umgekehrtes Entwickeln wird in unterschiedlichen Einsatzgebieten angewendet – Produktentwicklung, Qualitätsprüfung, Fehlersuche.

Verwendung des 3D-Drucks im RE

Durch Verwendung des 3D-Drucks im Reverse Engineering kann man einfach und kostengünstig Modelle herstellen, um sie mit dem Original zu vergleichen – zum Beispiel zur Analyse stark beanspruchter Stellen.

Außerdem ermöglicht der 3D-Druck das Kopieren: eine Reproduktion von Teilen, von denen keine Konstruktionsdaten mehr vorliegen, zum Beispiel sehr alte oder abgenutzte Teile. Auch ganze Objekte wie zum Beispiel Flugzeuge lassen sich so herstellen.

Digitale Ersatzteile?

Ersatzteile können problemlos mit dem 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Tatsächlich gibt es die Idee, Ersatzteile digital zu lagern. Das würde beinhalten, Ersatzteile nicht wie bisher im physischen Sinne in Lagerräumen aufzubewahren, sondern lediglich in digitaler Form als Daten. Bei Bedarf könnte man diese dann mithilfe des 3D-Drucks schnell und preiswert produzieren. Zwei Jahre lang wurden die Vorteile digitaler Ersatzteile vom finnischen VTT Technika Research Center und der Aalto University untersucht. Die Forscher kamen zu dem Ergebnis, dass durch die Nutzung digitaler Ersatzteile Lagerkosten entfallen würden, die Ersatzteile individuell angepasst werden könnten und es für die Unternehmen einfacher und schneller als bisher wäre, die richtigen Teile zu beschaffen. Etwa fünf Prozent von Ersatzteilen ließen sich auf diese Weise fertigen – nämlich diejenigen, die selten Verwendung fänden.

Methoden des RE

Elementar für RE ist eine besonders genaue Messung des Objekts. Hierfür werden vor allem zwei Methoden angewandt: der 3D-Scan und die taktile Messung.

Ein Scan kann mithilfe eines 3D-Scanners durchgeführt werden oder mit einem CT-Scan. Die Verwendung eines Scanners hat mehrere Vorteile: Es ist kein Kontakt zum Objekt erforderlich, der herkömmliche 3D-Scanner klein und handlich, das Verfahren ist sehr schnell und Freiflächen können problemlos gemessen werden. Als Nachteil bringt die Anwendung mit sich, dass er durch die Reflexion des Lichts nicht immer ganz genaue Werte ermittelt. Das ist abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit. Wenn möglich, sollte man das Objekt vor dem Scannen mit einer matten Schicht wie zum Beispiel Kreidespray überziehen. Außerdem kann es zu Hinterschneidungen kommen, es können Bereiche fehlen, wenn das Objekt nicht vollständig ausgeleuchtet wird.

Der CT-Scan verursacht keine Hinterschneidungen, allerdings nimmt das Gerät viel Platz in Anspruch und ist sehr kostenintensiv.

Taktile Messung

Die taktile Messung kann man mit einem Koordinatenmessgerät (CMM) vornehmen oder manuell. Die Verwendung eines Messgerätes eignet sich für Objekte mit einer einfachen Geometrie, für die sehr genaue Ergebnisse benötigt werden. Meistens liefert eine taktile Messung noch genauere Ergebnisse als ein Scan.

Welche Methode des 3D-Drucks auch angewendet wird – die gesamte Technologie liefert einen wichtigen Beitrag zum Reverse Engineering und ist eng mit diesem verzahnt.

Die Anwendung von 3D-Technologie verändert die Gesellschaft in vielen Bereichen. Dabei sind es nicht mehr nur Ingenieure, Architekten oder Künstler, die von den Möglichkeiten der dreidimensionalen Darstellung profitieren. Auch für den Privatmenschen bringt die neue Technologie eine Menge Vorteile mit sich. Ein neuer, bahnbrechender Erfolg der 3D- Technik ist es, dass mittlerweile auch große Objekte millimetergenau gescannt werden können. In der Forensik beispielsweise können Tatorte sehr viel genauer dargestellt werden und so den Ermittlern wichtige Hinweise geben, die zur Ergreifung des Täters führen können. Auch im Produktdesign ist das Scannen von großen Objekten nicht mehr wegzudenken. Selbst Häuser und Flugzeuge können mittlerweile digitalisiert werden – oder Menschen.

Mit diesen beiden Scannern ist das Darstellen großer Objekte problemlos möglich

Artec Ray: handliches Design, große Wirkung

Artec 3D hat den 3D-Scanner Artec Ray angekündigt. Er eignet sich für Messtechnikaufgaben und Produktdesign. Selbst sehr große Objekte können mit diesem 3D-Scanner digitalisiert werden, zum Beispiel Häuser, Flugzeuge oder Windturbinen. Auch für das Reverse Engineering (s.u.) ist der Scanner geeignet.

Dabei ist der Scanner von Artec benutzerfreundlich, man kann ihn einfach vor dem gewünschten Objekt aufstellen. Per Knopfdruck scannt das Gerät Objekte auf eine Distanz von bis zu 110 Metern, und das mit einer Genauigkeit von > 1 mm. Der 3D-Scanner eignet sich für den Einsatz im Innenbereich. Die Nutzung draußen ist ebenfalls möglich: Der Akku hat eine Laufzeit von etwa 4 Stunden und ermöglicht dadurch einen Einsatz unter freiem Himmel.

Das Gerät sendet die Daten direkt an die entsprechende Software des Herstellers Artec Studio. Dort kann der Nutzer sie verarbeiten. Außerdem sind die Daten mit denen von anderen Modellen des Herstellers kombinierbar. Artec Ray kann neben den üblichen Ausgabeformaten auch Punktwolkenformate liefern (PTX und BTX).

Reverse Engineering (Rekonstruktion)

Reverse Engineering bezeichnet einen Vorgang, bei dem aus einem bereits vorhandenen System oder Produkt dessen Plan extrahiert wird. Hierfür werden die Strukturen und Verhaltensweisen untersucht und analysiert. Ziel ist eine möglichst detaillierte Anleitung beziehungsweise exakte Abbildung.

Twinster – Innovation der Bekleidungsindustrie

Die Bekleidungsindustrie wird sich ein weiteres Mal wandeln. Twinster hat einen 3D-Bodyscanner herausgebracht, von dem Industrie und Kunde gleichermaßen profitieren.

Die richtige Kleidergröße zu finden, ist nicht immer ganz einfach, denn je nach Hersteller fällt diese oft unterschiedlich aus. Das hat zur Folge, dass immer mehr Menschen lieber online einkaufen und die nicht passende Kleidung zurückschicken. Mit dem 3D-Scanner von Twinster sollen die Kunden wieder zurück in das Geschäft kommen.

Der Scanner kann den menschlichen Körper millimetergenau vermessen – und das in nur wenigen Sekunden. Während dieser kurzen Zeit ermittelt der Bodyscanner anhand von 90 Punkten die richtige Bekleidungsgröße. Die Messung kann der Kunde mithilfe einer App ganz einfach im Laden selber durchführen. Hierzu stellt er sich auf die vorgesehene Markierung und hält sich an Griffen fest. Das Ergebnis erhält der Kunde sofort auf seinem Smartphone. Nun kann er ganz gezielt einkaufen, denn der Kunde weiß, bei welchem Hersteller er welche Größe benötigt. Das spart Zeit und Nerven – und soll die Kunden weg vom Onlineshopping zurück in die Geschäfte holen.

Wer sich kreativ betätigen möchte und auf der Suche nach einem neuen Malgrund ist, könnte es mit dem Bemalen eines ausgedruckten 3D-Modells versuchen. Die Technik des 3D-Drucks wird immer beliebter, seit einiger Zeit sind die Drucker im Handel erhältlich. Ein eigener 3D-Drucker ist hierfür gar nicht unbedingt erforderlich, man kann sich fertig ausgedruckte Modelle kaufen. Die dreidimensionalen Objekte gibt es in jeder Form und Größe. In Verbindung mit der richtigen Ausrüstung kann man seiner Kreativität freien Lauf lassen und ganz besondere Kunstwerke erschaffen. Was man dafür benötigt? Um das Ganze einmal auszuprobieren, sollte man die Grundausstattung am Anfang möglichst klein – und damit kostengünstig – halten. Später kann man immer noch alles Mögliche dazu kaufen.

Welche Farben eignen sich?

Die Modelle sind weiß, das ist perfekt: So spart man sich das Grundieren. Zum Bemalen der dreidimensionalen Objekte ist Acrylfarbe sehr gut geeignet. Diese hat deckende Eigenschaften, wenn man sie nicht mit Wasser verdünnt und pastos aufträgt. Alle Farben können miteinander vermischt werden. Acrylfarbe trocknet schnell, sie ist recht lichtbeständig.

Gut zu wissen: Acrylfarbe besteht aus Pigmenten und Bindemittel. Das Bindemittel hat klebende Eigenschaften. Deswegen lassen sich durch Hinzufügen von kleinen Partikeln wie Sandkörnern reliefartige Strukturen erzielen. Man kann auch andere Elemente mit der Farbe am Objekt befestigen: Papierschnipsel zum Beispiel, Holzstückchen, Watte …

Grundsätzliches über Pinsel

Je nachdem, wie das Modell beschaffen ist, eignen sich Borstenpinsel verschiedener Größen für die Flächen. Für kleine Zwischenräume kann man Haarpinsel verwenden. Um das Bemalen von 3D-Modellen mit Acrylfarbe nur einmal auszuprobieren, genügen einfache und günstige Pinsel aus Kunsthaarfasern. Diese haben den Nachteil, dass sie häufig Haare verlieren und die Farbe weniger gut aufnehmen. Mehr Freude hat man mit Pinseln aus Naturhaaren; diese sind entsprechend teurer. Allerdings ist das eine Investition, die sich lohnt. Mit entsprechender Pflege halten sie sehr lange. Und es verteilen sich keine Haare auf dem Modell.

Wichtig: Nach dem Malen mit lauwarmem Wasser und Seife auswaschen.

Eine Farbpalette zum Mischen

Für das Mischen der Farben untereinander benötigt man eine Palette. Diese gibt es in unterschiedlichen Ausführungen. Verwendet man eine Kunststoffpalette, sollte man eine Aluminiumfolie über die Fläche legen. Gibt man die Farbe direkt auf die Palette, lassen sich die Farbreste nur sehr schwer entfernen. Sie kleben am Kunststoff fest und man kann nicht mehr erkennen, welche Farbe wohin gehört. Die Aluminiumfolie hingegen kann man später einfach abmachen und entsorgen. Man kann sich eine Palette auch einfach selbst basteln: Ein Stück fester Karton, ein dünnes Stück Holz, Metall oder Kunststoff mit Aluminiumfolie umwickelt – fertig ist die Farbpalette.

Wasserbehälter

Um den Pinsel zwischendurch auszuwaschen, benötigt man einen Wasserbehälter. Er sollte groß genug sein, sodass das Wasser lange frisch bleibt. Gut geeignet sind Joghurtbecher oder große Gläser – natürlich muss man sie vorher abwaschen.

Lappen oder Küchenrolle

Um überschüssige Farbe vom Pinsel abzutupfen oder eventuelle Korrekturen vorzunehmen, sollte man einen Mallappen verwenden. Hierfür eignet sich ein zum Beispiel ein altes Geschirrtuch oder anderes Stück Stoff. Alternativ kann man auch Küchenrolle verwenden. Hat man alle Utensilien zusammen, steht einem kreativen Ausleben der eigenen Ideen nichts mehr im Weg.

Auch in der heutigen Zeit bleibt es für viele Menschen unumgänglich, eine Zahnschiene oder Zahnspange zu tragen. Leider fällt diesem langfristigen Wachstum an Ästhetik ein gewisser Zeitraum zum Opfer. Denn Zahnspangen wirken oft Aufmerksamkeit erregend und unschön. Deshalb wächst der Markt für durchsichtige Zahnschienen. Diese sind beinahe unsichtbar und bewahren somit auch einen schönen optischen Eindruck. Damit der Nachfrage nach diesen Schienen nachgekommen werden kann, setzen sich immer mehr neue Produktionsweisen durch. Seit kurzer Zeit werden daher auch Zahnschienen mit 3D-Druckern hergestellt. Firmen wie Stratasys oder die chinesische Firma Smartee Denti-Technology haben diesen Markt für sich entdeckt.

Welche Art von Schienen wird produziert?

Primär widmen sich die Hersteller den Druckern. Diese sollen möglichst schnell hochwertige Zahnschienen produzieren. Dabei darf allerdings auch die Qualität nicht vernachlässigt werden. Mithilfe einer Software ist die Handhabung jedoch auch für Laien nicht zu kompliziert. Unter Nutzung der Software können kleinste Anpassungen vorgenommen werden, sodass für jeden Kunden eine individuelle Zahnschiene gedruckt werden kann. Ein Drucker ist dabei in der Lage, bis zu 400 Schienen täglich zu produzieren.

Welche Vorteile bietet diese Vorgehensweise?

Neben dem bereits erwähnten hohen Produktionsumfang, bieten sich allerdings auch noch weitere Vorteile. Mithilfe des Computerprogramms ist es den Zahntechnikern möglich, vorausschauend zu planen. Es besteht deshalb auch die Möglichkeit, mehrere unterschiedliche Schienen für einen Kunden anfertigen zu lassen. Die minimalen Veränderungen liegen in der Form der Schiene. Die Software kann im Vorhinein berechnen, wie sich das Gebiss an die Schienen anpassen wird. Es kann eine Vorschau gegeben werden, wie die Veränderungen aussehen werden. Die 3D-gedruckten Zahnschienen können so schon über Monate hinweg vorhergesehen werden und demnach auch produziert werden. Der betroffene Patient profitiert davon im doppelten Maße. Denn er spart sich den ständigen Besuch beim Zahnarzt und bekommt zudem noch eine genaue Anleitung, wann er welche Schiene benutzen muss. Er ist also in bestimmter Hinsicht selbst daran beteiligt, dass seine Zahnstellung sich verbessert. Der Fortschritt ist ständig nachvollziehbar.

Wird sich diese Produktionsweise durchsetzen?

Es scheint so, dass immer mehr Zahnärzte auf diese Technik setzen. Als Grund dafür kann man auch anbringen, dass die Drucker und deren Software unter anderem auch von Universitäten weiterentwickelt werden. Durch diese hochtechnologische Vorgehensweise besteht also durchaus die Möglichkeit, dass immer mehr Ärzte auf 3D-gedruckte Schienen setzen. Die Verkaufszahlen wachsen nämlich stetig und so auch die Anbieter von 3D-Druckern für Zahnschienen. Vor kurzer Zeit erschienen zudem erste 3D-Drucker, die nicht nur Schienen produzieren können. Diese neuen Modelle dienen bereits dazu, ganze individuelle Zahnprothesen zu fertigen.

Bisher werden Dauermagneten für Elektromotoren noch unter Einsatz von bewährten und traditionellen Methoden hergestellt. Die Produktion mit Pulverkompression und Sintern oder das Spritzgussverfahren machen es allerdings immer nötig, den Magneten nachträglich noch zusammenzufügen. Forscher vom National Research Council of Canada haben es jetzt erstmals geschafft, ein neues Herstellungsverfahren zu erproben. Mithilfe von Kaltgasspritzen ist es ihnen gelungen, alle Produktionsschritte zu vereinen und ein neues 3D-Druckverfahren einzusetzen.

Was ist Kaltgasspritzen?

Die Methode des Kaltgasspritzens wird folgendermaßen vollzogen: Spezielles Pulver wird mit hoher Geschwindigkeit auf ein Trägermaterial geschossen. Gesteuert wird dies von einem Roboter. Die Düsen gehen dabei äußerst präzise und schnell vor. Große Produkte können in nur kurzer Zeit hergestellt werden. So ist es nun auch bei den Magneten der Fall.

Welche Vorteile bieten sich durch die neue Methode?

Wie bereits erwähnt, fallen viele zeitaufwändige Produktionsschritte weg. Somit werden auch die Produktionskosten gesenkt. Der Magnet wird komplett zusammenhängend hergestellt. Deshalb verfügt er über deutlich weniger Schwachstellen als gebräuchliche Magneten. Hinzu kommt, dass kein Zusammenbau notwendig ist. Durch die feste und zusammenhängende Verarbeitung wird es außerdem viel einfacher sein, die Magneten maschinell anzupassen und bearbeiten zu können. Daher besteht die Möglichkeit, in deutlich breiteres Spektrum an Designmöglichkeiten abzudecken. Des Weiteren bieten die modernen Magnete eine höhere Beständigkeit gegenüber Hitze, Korrosion und Oxidation an. Die Lebensdauer liegt deshalb weitaus höher als bei traditionell produzierten Magneten.

Ist das Produkt schon vollkommen ausgereift?

Perfekt sind die 3D-gedruckten Magneten natürlich noch nicht. Allerdings arbeiten die kanadischen Forscher stetig daran, weichere magnetische Materialien einzusetzen. Diese würden noch bessere Bearbeitungsmöglichkeiten bieten. Trotz dieser noch vorhandenen Verbesserungschance ist das Kaltgasspritzen definitiv zukunftsfähig. Dabei sind sich zumindest die kanadischen Forscher zu einhundert Prozent einig.

Wo können die kaltgasgespritzten Magnete zum Einsatz kommen?

Grundlegend sind die neuen Magneten für Elektromotoren entwickelt worden, z. B. für Elektroautos. Sie könnten damit einen weiteren Fortschritt in der elektrischen Mobilität bedeuten. Während dies als das Primärziel der Entwicklung markiert wurde, schauen die Forscher Fabrice Bernie und Jean-Michel Lamarre vom National Research Council of Canada schon weiter in die Zukunft. Sie hoffen, bald auch Magneten für andere Endprodukte herstellen zu können. Als Fernziel wurde daher auch festgelegt, dass Windkraftanlagen, Telekommunikation oder magnetische Kühlsysteme mithilfe des Kaltgasspritzens weiterentwickelt werden können. Bis dahin bietet sich allerdings noch ein stetiges Potential zu Verbesserung der neuen Technik, sodass diese ihren festen Platz auf dem Markt einnehmen kann. Die Zeit- und Kostenersparnis kann aber sicherlich schnell dafür sorgen, dass sich die neue Herangehensweise schnell etablieren wird.

Der menschliche Körper vollzieht eine Menge Dinge, welche vom Laien kaum nachvollziehbar sind. ein Beispiel dafür ist die Sehfähigkeit des Menschen. Sie ist zwar nicht so ausgeprägt wie die eines Adlers, dennoch ist sie enorm präzise und deutlich besser als bei anderen Tieren.
Man kann meist einschätzen, wie weit ein Gegenstand oder eine Person weg ist, man nimmt verschiedene Farben wahr und ein Eindruck von Dreidimensionalität entsteht. Doch wie kommt es dazu? Dies wird im Folgenden genauer erläutert.

Wie nimmt das Auge Gegenstände wahr?

Die Wahrnehmung des menschlichen Auges ist von vielerlei Dingen abhängig. So fließen Lichtverhältnisse, Entfernung und auch die Größe des jeweiligen Objekts in die Aufnahmefähigkeit ein. Grundlegend für die dreidimensionale Wahrnehmung ist allerdings an erster Stelle die anatomische Gegebenheit, dass der Mensch zwei Augen hat. So wird jedes Objekt stets aus zwei minimal unterschiedlichen Blickwinkeln wahrgenommen. Durch Akkommodation kann das Gesehene entschlüsselt werden. Die menschlichen Augen richten sich so aus, dass das Objekt scharf und richtig betrachtet wird. Auf den Netzhäuten beider Augen entsteht dabei ein einzelnes Abbild des Gesehenen. Diese Abbildung ist jedoch lediglich in Form einer zweidimensionalen Fläche vorhanden.

Wie wird aus diesen beiden Abbildungen ein dreidimensionales Bild?

Grundsätzlich funktioniert diese Form der Wahrnehmung nur bei vergleichsweise weniger weit entfernten Objekten. Bei weiter entfernten Dingen reicht der minimale Positionsunterschied der beiden Augen nicht aus, um eine räumliche Wahrnehmung zu erzeugen. Das eigentliche dreidimensionale Bild wird erst vom Gehirn erzeugt. Dieses dient nämlich dazu, die beiden Bilder der Augen zusammenzusetzen. Die Erfahrungswerte, welche im Gehirn verankert sind, sorgen dafür, dass ein korrekter räumlicher Eindruck entsteht. so können Entfernungen, Größen und Farben von Objekten richtig eingeschätzt werden. Sollten Menschen ein Auge verloren haben, ist es aber trotzdem noch möglich, Entfernungen und Größen richtig einzuschätzen. Hierzu ist dann allerdings ein gewisses Maß an Training vonnöten.

Wie kann ich das Erklärte selbst nachvollziehen?

Es ist ganz einfach ausprobierbar, dass jedes Auge sein eigenes Bild erzeugt. Hierzu muss man lediglich den ausgestreckten Arm mit einem ausgestreckten Zeigfinger vor sein Gesicht halten. Hinter dem Zeigefinger sollte sich ein wahrnehmbares Objekt befinden. Nun schließt man abwechselnd das linke und das rechte Auge. Es fällt sehr schnell auf, dass der Finger immer ein bisschen von links nach rechts oder umgekehrt wandert. Schließt man das rechte Auge, so bewegt sich der Finger leicht nach rechts. Schließt man das linke Auge, bewegt sich der Finger ein kleines Stück nach links. Diese beiden Bilder, welche von jedem wahrgenommen werden können, ermöglichen im Zusammenspiel schließlich, dass Dinge dreidimensional wahrgenommen werden können.

Der 3D-Druck setzt sich langsam aber sicher in vielen Branchen durch. Mit Kunststoffen kann schon seit langer Zeit sehr gut gearbeitet werden. Bei Metallen war dies bis jetzt noch nicht immer der Fall. Das Problem liegt bei gedruckten Metallen in der Struktur. Metalle sind schwieriger zu bearbeiten. Bisher konnte man entweder feste und stabile Metalle oder flexible Metalle drucken. Eine Kombination aus beiden Aspekten war nicht möglich. Neuerdings wurden allerdings Forschungen durchgeführt, welche möglicherweise den Durchbruch auf diesem Gebiet bringen könnten.

Welche neuen Techniken gibt es?

Es gibt zwei vielversprechende neue Vorgehensweisen. Einerseits haben Forscher der Stockholm University, der University of Birmingham und der Zhejiang University ein neues 3D-Druckverfahren für Metalle entwickelt. Dieses Verfahren wird als SLM-Technik bezeichnet. Die Metalle werden im Drucker sehr schnell abgekühlt. Die Rate liegt bei unglaublich hohen Werten. Durch die fehlende Zeit zur Anpassung werden Mikrostrukturen innerhalb des Metalls ausgebildet. Diese sorgen dafür, dass eine mechanische Dehnbarkeit vorhanden ist. Zudem wird aber auch eine stabile Struktur erreicht. Folglich entsteht durch diese Technik ein flexibles und dennoch stabiles Metall.

Andererseits wurde von der Universität Kassel eine neue Methode zum 3D-Druck von Metallen vorgestellt. Hier wurde eine TRIP-Stahl-Legierung zugrunde gelegt. Durch ein Elektronen-Druck-Verfahren wird ein hohes Maß an Wärme erzeugt. Der Stoff nimmt so die Fähigkeit an, sich vor Brüchen und Schäden zu schützen. In Kombination mit der SLM-Technik können so enorm widerstandsfähige und stabile Edelstahle entstehen.

Wie wurde die SLM-Technik erprobt?

Unter Zuhilfenahme von Elektronenmikroskopen ist ein genaues Testen der 3D-Druckerzeugnisse möglich. Das von chinesischen Forschern entwickelte Verfahren dient dazu, die Metalle bestmöglich unter analytischen Gesichtspunkten zu betrachten. Die Erforschung und stetige Verbesserung der Mikrostrukturen kann somit pausenlos voranschreiten. So bietet sich die Möglichkeit, die metallischen 3D-Drucke ständig weiterentwickeln zu können.

Wo kann die neue Technik zum Einsatz kommen?

Vor allem Luft- und Raumfahrt werden von dieser neuen technischen Errungenschaft profitieren. Allerdings wird dies auch bei der Automobilbranche der Fall sein. Mithilfe der neuen SLM-Technik können sensible Bauteile hergestellt werden. Diese sind nun auch in flexibler, sowie stabiler Form, produzierbar. Dabei bieten die 3D-Drucker für Metalle äußerste Präzision. Eine reibungslose, schnelle und dennoch hochwertige Ausarbeitung von Edelstahl wird so erst möglich.

Bisher werden Gegenstände im 3D-Druck mit Metallen meist aus Titan gefertigt. Hierbei ist allerdings eine Nachbearbeitung der Druckerzeugnisse unausweichlich. Dieser aufwändige und kostenintensive Arbeitsschritt würde bei der neuen Vorgehensweise mit Edelstahl wegfallen.

Umwandlung der Bilddateien in ein geeignetes Druckformat

Zu Beginn muss die Bilddatei in eine Vektorgrafik, also SVG-Datei, umgewandelt werden. Einige Programme bieten dieses sogenannte Vektorisieren an. Die Vektorgrafik muss dann nach eigenem Geschmack und Empfinden angepasst werden. Das kann durch Veränderungen am Helligkeitswert und Schwellwert erreicht werden. Wenn man mit der Vektorgrafik zufrieden ist, muss man diese nur noch als normale SVG-Datei abspeichern. Die Vektorgrafik kann man dann in einem CAD-Programm laden und bearbeiten.

Man lädt die Vektorgrafik in das CAD-Programm, indem man diese in FreeCAD als neues Projekt importiert. Daraufhin muss man, jedes einzelne Teile hervorheben und dessen Länge definieren, um festzulegen, was wie lang und wie sichtbar sein soll. Sehr wichtig ist hierbei, dass man während dem Bearbeiten immer mal wieder das gesamte Projekt rotieren lässt, um seine eigene Arbeit zu kontrollieren. Denn am Ende soll alles mit den eigenen Vorstellungen übereinstimmen. Zum Schluss muss man das gesamte Projekt als STL-Datei abspeichern.

Wenn man die STL-Datei gesichert hat, muss man diese mit einem Slice-Engine sozusagen in die Schichten zerschneiden, welche der Drucker dann als Vorlage übernimmt und ausdruckt. Für den Druck selbst, muss man einen Maschinencode oder auch G-Code erstellen lassen. Dieser wird von jedem 3D-Drucker benötigt. Der G-Code wird an den 3D-Drucker weitergegeben und man erhält mit ein bisschen Geduld das gewünschte Objekt.

Es gibt daneben auch eine einfachere Variante, um eine 3D-Druckdatei anzufertigen. Hierfür kann eine Smoothie-3D-Software genutzt werden, die aus einem 2D-Bild direkt eine STL-Datei erstellt. Die Software wurde extra dafür geschrieben und kann direkt für das schnelle Drucken, insbesondere für Ungeübte, verwendet werden. Die Software wurde auch dafür entwickelt, um 3D-Dateien schnell und einfach mit der Community auszutauschen. Mit der Software muss man nur noch die einzelnen Teile markieren und wie gewünscht anordnen. Man erstellt sofort eine 3-dimensionale Datei STL-Datei. Ab dem Moment, ab dem die STL-Datei besteht, ist wie oben bereits beschrieben vorzugehen.

Grundvoraussetzungen zum Umsetzen

Man benötigt als allererstes ein Bild. Aus diesem kann man dann mit Hilfe von einem speziellen Programm, beispielsweise Inkscape, eine Vektorgrafik erstellen. Weiterhin benötigt man eine CAD-Software. Man kann aber auch die Smoothie-3D-Software verwenden und somit nur eine Software anstelle von Zweien verwenden. Weiterhin benötigt man eine Vorstellung von dem gewünschten Objekt, also wie dieses aussehen soll. Auch benötigt man einen 3D-Drucker sowie einen Computer. Ebenso sollte man mit den genannten Programmen einigermaßen umgehen können, ansonsten helfen einem diverse Videos im Internet weiter.

Ablauf des Zusammenbauens

Zuerst braucht man eine Software, mit der man die 3-dimensionalen Objekte als Datei speichern und drucken kann. Dazu passend, benötigt man dann auch einen Prozessor und Motor für den Drucker. Als nächstes muss man die passenden Teile kaufen und zusammenbauen. Das funktioniert relativ gut mit den Bauplänen, die einem beispielsweise durch RepRap online zur Verfügung gestellt werden. Teilweise findet man sehr viele Teile, die bereits zusammengebaut sind, wodurch man insgesamt nicht mehr als 2 Stunden braucht, um die Drucker aufzubauen. Besondere Beachtung muss man der Verkabelung geben. Man benötigt etwa 42,4 m Kupferkabel, die in dem Drucker verbaut werden müssen. Für einige Modelle von RepRap gibt es sogar schon einige Anleitungen als Video, um die Verkabelung noch einfach zu gestalten. Und zu guter Letzt muss die Software installiert werden. Und dann kann es auch schon losgehen.

RepRap hilft gerne und viel

Die Organisation RepRap bietet Tüftlern und 3D-Druckinteressierten nicht nur wie andere Unternehmen das Zubehör für einzelne Bauteile oder Elemente eines 3D-Druckers an – nein, auf ihrer Website findet man sogar vier Druckermodelle einschließlich der gesamten Baupläne, die man somit ganz einfach selbst nachbauen kann. Zusätzlich hat RepRap die passende Software in ihrem Sortiment und kann einen zudem damit mit allem versorgen, was man für einen self-made 3D-Drucker benötigt.

Bausätze für 3D-Drucker

Wenn man einen 3D-Drucke bauen will, muss man sich also nicht komplett alle Ideen aus dem Finger saugen. Denn es gibt von diversen Herstellern eine Art Bausatz für einen eigenen 3D-Drucker. Die Bauanleitungen und -materialien sind in verschiedenen Preisklassen erhältlich und unterscheiden sich daher auch in ihrer Qualität. Natürlich wurden solche Bausätze von diversen Unternehmen getestet. Von Local Motors wurde beispielsweise ein Bausatz getestet, welcher relativ gut abschnitt und als empfehlenswert beschrieben wurde. Man sollte beim Kauf immer darauf achten, dass sowohl ein Extruder als auch eine STL-Schnittstelle bei den Bausätzen vorhanden sind, da diese sehr wichtigen Bestandteile des 3D-Druckers sind.

Software als wichtiger Bestandteil

Für einen selbstgebauten Drucker muss man dabei nicht immer viel ausgeben. Auch mit billigeren Teilen kann man sich einen guten 3D-Drucker bauen. Aus einigen Erfahrungsberichten geht hervor, dass man nicht unbedingt eine teure Software braucht. Beispielsweise ist die Freeware-Variante von Sketchup eine gute Option. Jedoch sollte man zuerst sich eine geeignete CAD-Software zulegen und dazu das passende Drucker-Modell aussuchen. Natürlich kann man das auch andersherum gestalten und erst den Drucker bauen. Jedoch funktioniert dieser ausschließlich mit einer geeigneten Software. Nur die spezielle Software kann Dateien erzeugen, welche von dem Drucker gelesen und gedruckt werden können.