Material/Technologie

von Melina Hau Fotos Burg Halle

3D Druck, Technik der Stunde

3D Druck ist eine der spannendsten Technologien der letzten Jahre. Die Geräte sind flexibel einsetzbar, und 3D Druck erlebt in der Corona-Krise derzeit einen neuen Schub. Innen-Architektin Melina Hau gibt einen Überblick über die spannendsten Projekte, sagt wie ein eigenes Projekt realisiert werden kann und wo die besten Corona-Hacks zu finden sind.

3D Drucker werden auch für den Heimgebrauch immer erschwinglicher. Günstige Einsteigergeräte sind heute schon ab 200 Euro zu haben und bieten ein gutes Preis-Leistungsverhältnis. Die industriellen 3D Drucker erreichen immer neue, spannende Höhepunkte, ob Porzellan oder Lebensmittel, Schutzvisiere oder Ersatzteile für Beatmungsgeräte, selbst Lebensmittel oder ganze Häuser können marktreif 3D gedruckt werden. Zudem gibt es eine riesige Vielfalt an Experimenten bezüglich der Technik und des Materials. Besonders vielversprechend sind hierbei die Versuche im medizinischen Bereich.

 

Wie 3D Druck funktioniert
Im Grunde sind die neuen 3D Drucker nur unwesentlich komplexer als die Fax-Kopierer-Kombination, welche seit den Neunzigerjahren in nahezu jedem Haushalt stehen. Nur die Ergebnisse sind spektakulärer. Seit den Achtzigerjahren entwickelten sich verschiedene Verfahren des 3D Drucks. Aber erst seit zehn Jahren findet dieser auch den Weg in die privaten Werkstätten und Bastlergaragen. Für den privaten Gebrauch eignet sich bisher nur der "normale" FDM Druck (Fused Deposition Modelling = Schichtschmelzverfahren).

Die Technik funktioniert wie bei einer CNC Maschine oder einem Plotter. Durch eine bewegliche Düse (genannt Noozle oder Extruder) wird ein Thermoplast in Schichten zu einem dreidimensionalen Körper geformt. Als Materialien, genannt Filament, eignen sich unter anderem PLA, ABS und PET. Aber auch außergewöhnliche Materialien werden immer beliebter. Es gibt Filamente, die leuchten, sich in Wasser auflösen oder die essbar sind. Im industriellen Bereich gibt es noch weitere Druckverfahren. Beispielsweise die SLS Technik. Hierbei wird mithilfe eines Lasers Kunststoffpulver geschmolzen und so zu dreidimensionalen Körpern geformt. Diese Technik ist wesentlich exakter als das FDM. Insgesamt gibt es acht marktreife Verfahren, die sogar den Druck mit Metall, Beton oder organischem Material ermöglichen.

Was der 3D Druck in der Medizin schon kann
Aktuell stehen in Deutschland mehr als 9000 Menschen auf der Warteliste für ein Spenderorgan. Dem gegenüber stehen 932 Spenderinnen und Spender im Jahr 2019. Dieses Defizit an Spenderorganen könnte der 3D Druck ausgleichen. Im April 2019 gelang es Forschern aus Tel Aviv ein menschliches Herz in Miniatur zu drucken, und zwar nur aus den Spenderzellen der betreffenden Person. Bei dem Verfahren wurden Gewebezellen in ein individuelles Hydrogel umgewandelt, welches vermischt mit Herzzellen als eine Art biologische Tinte verwendet wurde. So wurde ein Herz aus Zellen, Blutgefäßen, Ventrikeln und Kammern gedruckt, das zum größten Teil vom Körper des Spenders akzeptiert und nicht abgestoßen würde.

Diese Technik kann nicht nur für Organe verwendet werden, sondern auch für kleinere Transplantationen. Augen-Hornhaut, Ohren und sogar Haare werden in aktuellen Experimenten 3D gedruckt. Auch im Hinblick auf Prothesen gab es, besonders bei den privaten Druckern, spannende Projekte. Christophe Debard zeigt mit seinem Start Up "PrintMyLeg" wie auch Menschen mit geringem Einkommen oder aus einem Land mit schlechtem Gesundheitssystem die Möglichkeit auf eine gute Prothese erhalten. Denn eine herkömmliche Prothese kostet durchschnittlich 1000 Dollar, eine aus dem 3D Drucker kostet lediglich vier Dollar.

2016 gründete Debard das Start-Up, das Open Source Dateien für Prothesen jedem zur Verfügung stellt. Der Patient wird an der betreffenden Stelle 3D gescannt und die Prothese kann exakt und maßgenau angepasst werden. Zusätzlich sind die Prothesen individualisierbar, ganz nach dem Geschmack des Trägers oder der Trägerin. Umgesetzt wird das zum einen durch Privatpersonen oder durch Organisationen wie LifeNabled aus Guatemala und Handiap aus dem Westafrikanischen Togo.

Wie man in der Coronakrise helfen kannIn der aktuellen Situation zeigt sich, wie fortschrittlich und gleichzeitig flexibel der 3D Druck zu Verbesserungen beitragen kann. Wo Masken fehlen, können Schutzvisiere gedruckt werden Türklingen lassen sich durch gedruckte Add-Ons so hacken, dass sie ohne Hände geöffnet werden können und sogar einfache Beatmungsgeräte werden 3D gedruckt. Die nötigen Dateien stehen kostenlos im Internet zur Verfügung.

Jetzt ist also ein guter Zeitpunkt, um den 3D Druck mal auszuprobieren. Wer keinen eigenen 3D Drucker hat oder sich noch nicht sicher ist, kann sich eine freie Werkstatt in seiner Nähe über www.offene-werkstaetten.org suchen. Die meisten der Werkstätten haben einen 3D Drucker, sind offen für jeden und man erhält eine fundierte Einweisung in die Geräte.

Aber bevor der erste Druck den Drucker verlässt, muss eine Datei angelegt werden. Entweder erstellt man diese selbst mit einem CAD-Programm. Für Anfänger eigenen sich am besten FreeCAD (wie der Name schon sagt, kostenlos) oder in der Handhabung einfach aufgebaute Programme wie sketchUP. Möchte man direkt loslegen, lohnt sich ein Blick in die unzähligen Open Source Online Bibliotheken. Beispielsweise das Warehouse von Sketchup. Oder YouImagine von den Herstellern des Ultimakers.

 

Hat man sich für ein Objekt entschieden muss noch kontrolliert werden, ob die Datei (im STL Format) auch druckbar ist, oder ob sie Fehler hat. Das passiert mit einem sogenannten Slicer (to slice= auseinander schneiden). Das ist eine Software, die das 3D Modell des Objektes Schicht für Schicht durchdenkt. Beliebte und einfache Slicer sind zum Beispiel CURA oder Slic3r. Über den Slicer werden auch die Druckgeschwindigkeit, die Wanddicke und Stützstrukturen definiert. Die finale Datei (dann im G-Code Format) wird auf einen Stick gezogen, an den Drucker gesteckt und dann muss man, wie bei unserem alten Fax-Gerät, nur noch auf Start drücken.
 

Corona-Projekte
Maske mit Filtereinsatz

Halterung für Stoff für eine Maske

Gesichtsschild

Verstellbarer Gesichtsschild

Türöffner

Türöffner ohne Schrauben

Beatmungsbeutel

Schutzmaske als Hack mit einer handelsüblichen Taucherbrille

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