Das 3D-Druckverfahren entwickelt sich schnell zu einem wesentlichen Bestandteil

des Designprozesses. Eine steigende Zahl von Unternehmen beginnen die Vorteile des Einsatzes zu erkennen, um schnell Prototypen zu erstellen und Monate von Zeit im Designzyklus einzusparen.

Hindernisse für die Akzeptanz in der Vergangenheit waren die Hardwarekosten und der Mangel an leicht bedienbarer Designsoftware für CAD-Laien. Jetzt hat die RepRap Open Source selbstkopierende

3D-Druckerinitiative mit dem neuesten Ormerod 3D-Drucker den Gipfel erklommen. Zusammen mit dem Werkzeug der DesignSpark Mechanical 3D-Modellierungssoftware bietet es Unternehmern und Entwicklern die Riesenchance sowohl den Produktentwicklungsprozess zu verkürzen als auch Innovation zu fördern, schreibt Mark Cundle, Leiter des technischen Marketings bei RS Components.

Dreidimensionales (3D)-Drucken oder additive Herstellung, wie es auch genannt wird, revolutioniert die Produktentwicklung und in einigen Fällen auch die Herstellung selbst. Es ist der Prozess, einen Festkörper aus einem computerunterstützten (CAD)-Entwurfsmodell herzustellen, was durch den Einsatz

eines additiven Herstellungsprozess erreicht wird, im Wesentlichen durch den aufeinanderfolgenden Aufbau von Materialschichten, wie Kunststoff oder Metall, die in unterschiedlichen Formen aufgetragen werden. Die traditionellere Bearbeitungstechnik verwendet natürlich ein subtraktives Verfahren, d. h. die Abtragung von Material – in etwa in der gleichen Weise wie von den Bildhauern genutzt, die alles das abschlugen, was sie von ihrem ausgewählten Marmorblock nicht benötigten, um im Sinne von Auguste Rodin zu sprechen.

Wenngleich das 3D-Druckverfahren seit ungefähr einem Jahr in den Blick der Öffentlichkeit gelangte (teilweise wegen der bedauerlichen Schlagzeilen über die Herstellung von Waffen) gibt es sie bereits seit den 1980ern. Es wurden viele 3D-Druckverfahren eingesetzt

wie beispielsweise Schmelzschichtung (FDM) – das üblichste Verfahren, das heutzutage für das kostengünstige 3D-Druckverfahren eingesetzt wird –, zudem Stereolithographie (SLA), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Laminated Object Manufacturing

 (LOM), um nur einige zu nennen. Diese Technologien werden zunehmend im Rapid Prototyping (schnelle Prototypenerstellung )und auch in einigen Herstellungsprozessen in einer Vielzahl von Industrien eingesetzt, einschließlich im Maschinenbau, in der Bauindustrie, Automobilindustrie, Waffen und Luftfahrtindustrie, für medizinische Anwendungen und in einigen Konsumgüterindustrien, beispielsweise in der Modeindustrie.

Seit dem Jahrtausendwechsel gab es ein beträchtliches Umsatzwachstum bei 3D-Druckern, die durch beachtliche Preissenkungen zunehmend attraktiver werden – Massenprodukte kosten gegenwärtig weniger als 2500 Dollar und darunter. Ein neuerer Marktforschungsbericht, herausgegeben von dem Marktforschungsunternehmen Markets&Markets, sagt eine durchschnittliche Wachstumsrate von 23 % für 3D-Drucker von 2013 bis 2020 voraus, um schließlich einen Umsatz von  8,41 Milliarden Dollar zu erreichen.

Das 3D-Druckverfahren entwickelt sich aus einer Nischentechnologie, vornehmlich von größeren Unternehmen eingesetzt, in einen Massenmarkt für Verbraucher und Kleinunternehmen.

Tatsächlich entwickelt sich zunehmend ein Standpunkt, aus dem hervorgeht, dass ein 3D-Drucker in unseren Haushalten letztlich einen Platz finden könnte und uns in die Lage versetzt die Kosten für den Kauf von üblichen Haushaltsgegenständen zu vermeiden. Die Technologie wird für alle schnell verfügbar sein und jeder Einzelne wird eine kleine Anzahl von Produkten herstellen können, die mit denen großer Unternehmen vergleichbar sind.

Es gibt ein recht passendes Zitat hierzu, das vor einigen Monaten vom Dotcom Pionier Joe Kraus im BBC 4 Radioprogramm „In Business“ geäußert wurde, dass im Wesentlichen eine pointierte  Sicht auf die gegenwärtige Revolution in der Herstellung und Produktion ist: „Das  20. Jahrhundert drehte sich um Dutzende von Märkten für Millionen von Verbrauchern. Im 21. Jahrhundert geht es um Millionen

von Märkten für Dutzende von Verbrauchern.“ Es besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass das 3D-Druckverfahren in Verbindung mit anderen Technologien und Initiativen wie Open Source dazu bestimmt ist, eine wesentliche Rolle in einer Zukunft zu spielen, in der Einzigartigkeit und zunehmende Individualisierung hervortreten und nicht die hergebrachte Produktionskultur der Einheitsgröße für alle.

Das 3D-Drucken zeitigt sicherlich

Auswirkungen auf die etablierte Produktherstellung in vielen Industrien, besonders auf die Herstellung von Produkten mit niedriger Stückzahl oder maßgefertigten Produkten. Diese Technologie findet allerdings seine Grenzen, wenn es um die Massenproduktion geht. Das 3D-Druckverfahren, das eingesetzt wird, um Produkte in Schichten herzustellen, bedeutet, dass die strukturelle Integrität der Komponenten nicht ausreichend formfest ist, um in Produktionsteilen verwendet zu werden. Es ist daher nicht wahrscheinlich, dass das 3D-Drucken Herstellungsverfahren ersetzen wird, die das Gießen von Metallen beinhalten, zumindest nicht in naher Zukunft. Aber der kritische Punkt, zumindest in der Massenproduktion, ist die Fähigkeit des 3D-Druckverfahrens Modelle schnell zu erstellen. Es revolutioniert die Produktentwicklung – Bearbeitungsfertigkeiten sind nicht erforderlich für die Herstellung von Prototypen. Daraus resultieren riesige Vorteile bei der Produkteinführungszeit und eine signifikante Steigerung des Gestaltungsspielraums.

Es kam zu wesentlichen Verbesserungen bei den Verfahren der Produktentwicklung in einer Vielzahl von Industrien, einschließlich in der Autoindustrie, in der Industrie für Unterhaltungs- und Haushaltselektronik und für medizintechnische Geräte. Die 3D-Drucktechnologie wird für die Entwicklung und Prüfung neuer Konzepte sowohl in großen als auch in kleinen Unternehmen  eingesetzt und dient als Alternative zur Nutzung maßgeschneiderter Bearbeitungswerkzeuge für die Herstellung früher Prototypen (Modelle) neuer Teile oder Komponenten. Das Verfahren ermöglicht es Produktentwicklern innerhalb von Stunden ein Modell herzustellen im Gegensatz zu Wochen oder Monaten zuvor.

Das Verfahren bietet jedoch mehr als Zeit- und Kostenersparnis; Rapid Prototyping (schnelle Prototypenerstellung) unter Nutzung des 3D-Druckverfahrens schafft innovativere Produkte von höherer Qualität. Produktentwickler müssen  nicht länger warten, bis Werkzeuge oder Teile von externen Werkstätten oder Spritzguss Herstellern bei ihnen ankommen. 3D-Drucker ermöglichen die physische Prüfung und weitere Verfeinerung und Verbesserung von Prototypen, bevor sie ein Produkt für die Massenfertigung freigeben.

Eine wesentliche Dynamik beim 3D-Drucken ist der Trend zu Open Source und 3D-Drucker-Selbstreplikation: Was wäre, wenn ein 3D-Drucker ein Duplikat von sich selbst herstellen könnte? Das Projekt „Replicating Rapid Prototyper“, auch unter dem Kürzel „RepRap“ bekannt, wurde 2004 von Adrian Bowyer,  Professor Emeritus der Universität von Bath im Vereinigten Königreich, als Versuch gegründet, 3D-Drucken für jedermann zu niedrigen oder zumindest annehmbaren Kosten zugänglich zu machen. Ganz einfach ausgedrückt, das

RepRap-Projekt ist eine Initiative, einen kostengünstigen 3D-Drucker zu entwickeln, der die meisten seiner eigenen Komponenten selber drucken kann. RepRap-Drucker nutzen 3D-Druckverfahren, die auf Schmelzschichtung (FDM) basieren, bei dem aus einer vom Computer gesteuerten Spritzpistole Kunststoffkleber und Kunststoffmaterial von einer Spule in eine Wärmekammer eingeleitet werden. Das Kunststoffmaterial wird durch eine kleine Treibdüse ausgespritzt, um die erste Schicht auf einer Grundplatte zu erstellen. Diese wird dann etwas abgesenkt und ist bereit für die nächste Schicht und so weiter.

Präsentationen zufolge, die von Bowyer durchgeführt wurden, kommt es im Rahmen des RepRap-Projekts zu einem symbiotischen Verhältnis zwischen Maschine und Menschen : Die Maschinen sind die Blumen, die Früchte produzieren, und die Menschen sind die Insekten, die dabei helfen, dass sich die Maschine reproduziert. Wenngleich die Maschine in der Lage sein wird, alle seine Kunststoffteile selbst

herzustellen, legt RepRap fest, dass alle übrigen Komponenten, die für die Konstruktion des Maschinenduplikats erforderlich sind, wie der Elektromotor, elektronische Baugruppen und verschiedene andere Komponenten, wie Metallgewindestangen, zwei Eigenschaften haben müssen: Sie müssen relativ kostengünstig und einfach zu beschaffen sein; und sie müssen überall in der Welt für jedermann leicht zu beschaffen sein.

Ein Grundmotiv von RepRap ist, 3D-Druck für alle Menschen zugänglich zu machen. Daher ist „Open Source“ ein zentraler Grundsatz des Projekts. Alles, was sich selbst kopieren kann, unterliegt den Gesetzen der Evolution; und weil es eine Maschine ist, die ihre eigenen Komponenten herstellt, müssen die Designpläne leicht zugänglich sein. Die Maschine wird sich nicht primär durch zufällige Mutation weiterentwickeln, sondern vielmehr durch ein selektives Entwicklungsverfahren ähnlich der Entwicklung von Linux und Open-Source-Software. Die Mitglieder der RepRap-Community werden unweigerlich das Design verändern, um es zu verbessern, möglicherweise werden sie dafür sorgen, dass sie präziser und einfacher gebaut werden kann. Natürlich werden viele dieser Verbesserungen im Netz veröffentlicht werden. Und wenn ein Nutzer eine ältere RepRap-Maschine besitzt, kann er sie nutzen, um eine neue Maschine auf Basis des verbesserten Designs herzustellen.

Das Projekt zeitigte sehr großen Erfolg: Es gibt nunmehr eine Handvoll kostengünstiger Drucker im Markt, wobei die meisten auf dem RepRap Projekt basieren. In einer kürzlich veröffentlichten Übersicht über 3D-Druckverfahren (Manufacturing in Motion, Moilanen, J. & Vadén,T), das RepRap-Projekt holte sich den größten Marktanteil. Zusätzlich, um das Konzept weiter zu fördern, wurde RepRapPro, der kommerzielle Arm des RepRap-Projekts im Jahre 2011 gegründet. Die ersten lieferbaren RepRapPro 3D-Drucker, Huxley und Mendel benannt, werden beide zu einem Preis von wenigen Hundert Pfund (Sterling) als Bausatz, mit oder ohne die gedruckten Kunststoffkomponenten verkauft. Und nun, die nächste Generation RepRap ist da – der Ormerod.

Lieferbar zu niedrigen Kosten, kann der neue komplette Ormerod 3D-Druckerbausatz von RS bezogen werden. Zusammen mit der kostenlosen DesignSpark Mechanical 3D-Designsoftware wird der Drucker Designer in der ganzen Welt in die Lage versetzen, komplexe Konzepte und Produkte unglaublich schnell und preiswert zu entwickeln. Ebenfalls geeignet für kleine Produktserien, ist der Ormerod einer der vielseitigsten 3D-Drucker am Markt: Seine Funktionalität ist leicht erweiterbar, er ist schnell zu reproduzieren und schnell zu montieren.

Wie sein Vorgänger, verwendet der Ormerod das FDM-Verfahren, auch als Schmelzschichtung bekannt,

um 3D-Objekte aus einer Reihe von Kunststoffen und letztlich in einer Vielzahl von Farben herzustellen. Dieses Verfahren versetzt den Nutzer in die Lage, nahezu jede Form zu erschaffen, die auf einem Computer modelliert werden kann, einschließlich solcher, die durch traditionelle Herstellungsprozesse

überhaupt nicht hergestellt werden können. Wenngleich der Ormerod eigentlich ein monochromer 3D-Drucker ist, ausgelegt auf den Druck mit nur einer Kunststoffart in einer Druckeinrichtung, so ist der Druckkopf grundsätzlich auf eine dreifarbige Konstellation ausgelegt;

ein Upgrade-Bausatz wird in Kürze lieferbar. Darüber hinaus wurde die Elektronik

des Ormerod geändert und ermöglicht nun die Verbindung über einen Webbrowser. Weiterhin ist seine Konstruktion weit einfacher, verglichen mit dem Mendel, für den man im Schnitt zwei Tage brauchte, um ihn zusammenzubauen. Er ist daher deutlich zugänglicher für Nicht-Ingenieure.

Der RepRapPro Ormerod wird als Bausatz mit allen erforderlichen montagegerecht geliefert. Der komplette Bausatz enthält: alle bedruckten Teile; alle technischen Bauteile, einschließlich Gewindestangen und Stangen, Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben, Treibriemen, und Lager, vorgelötete Elektronikteile; MicroSD-Karte und Adapter, beheizbare PCB-Oberfläche; Motoren; Düsenbaugruppe und Extruderantrieb;

 100 m PLA-(polylactische Säure)-Drahtmaterial (etwa 300 g) mit 1,75 mm Durchmesser; Netzteil (für EU, UK und Australien); und schließlich die Software für den Betrieb des Druckers, einschließlich Firmware für die Elektronik. Weiter Spezifikationen des Ormerod sind, Genauigkeit auf 0,1 mm, Auflösung von 0,0125 mm

, Aufbaugeschwindigkeit von 1,8 mm pro Minute und Ablagerungsrate von 33 cm3 pro Stunde.