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5 innovative Anwendungen im 3D-Druck

Additive Manufacturing (AM) ist eine der Schlüsseltechnologien zur Beschleunigung von Innovationen. Industrien, die sich für AM entscheiden, befinden sich in einer Transformation, die neue Möglichkeiten für Produktdesign und Herstellung eröffnet.
 
In dem heutigen Artikel werfen wir einen Blick auf einige der jüngsten Entwicklungen im 3D-Druck, die branchenübergreifend neue Trends setzen könnten.
 

Ein 3D-gedrucktes bionisches Auge

Das menschliche Auge ist faszinierend, aber die Neuerstellung erwies sich aufgrund mehrerer technologischer Barrieren als eine Herausforderung. Mit der Konvergenz von 3D-Druck, Elektronik und Biologie fand das Forschungsteam der Universität von Minnesota nun einen Weg, um diese Barrieren zu überwinden, und konnte somit einen Prototyp eines künstlichen Auges erstellen.
 
Dieser Meilenstein ist ein wichtiger Schritt zur Schaffung eines bionischen Auges, mit dem Blinde sehen oder Sehende ihr Sehvermögen verbessern können.
 

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[Bildnachweis: Universität von Minnesota/McAlpine Gruppe]

 

Der Prototyp eines bionischen Auges besteht aus einer halbkugelförmigen Glaskuppel, auf die Silberpartikel gedruckt wurden. Als nächstes verwendeten die Forscher halbleitende Polymermaterialien zum Drucken von Fotodioden, die Licht in elektrische Signale umwandeln, die verarbeitet und in tatsächliche Bilder umgewandelt werden können.
 
Beim Testen arbeitete das künstliche Auge mit einer Effizienz von 25 Prozent bei der Umwandlung von Lichtsignalen in elektrische Signale. Die Forscher sagen, dass es das Beste ist, was wir jemals an der Entwicklung eines Auges erlebt haben. Ein vom Team entwickelter 3D-Drucker mit mehreren Materialien war der Schlüssel, um diese große Leistung zu erzielen.
 
Derzeit arbeiten die Forscher an dem nächsten Prototyp, der über noch effizientere Lichtrezeptoren verfügen wird. Sie suchen auch nach einer Möglichkeit, auf ein weiches, halbkugelförmiges Material zu drucken, das in ein echtes Auge implantiert werden kann.
 
Obwohl es wie Science-Fiction klingt, könnten 3D-gedruckte bionische Augen bald Realität werden und eine neue Ära in der regenerativen Medizin einläuten.
 

2. Der 3D-Druck von ganzen Booten und Unterständen für das Militär

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Der 3D-Druck wurde kürzlich angewendet, um ein 7,62 m langes Boot mit einem Gewicht von mehr als 2 Tonnen herzustellen. Das Boot mit dem Namen 3Dirigo soll das größte Objekt sein, das jemals in 3D gedruckt wurde. Die Leistung wurde vom UMaine Advanced Structures and Composites Zentrum der Universität von Maine erbracht.
 
Der großflächige 3D-Druck wird zu einem neuen Trend, da immer mehr Unternehmen nach Wegen suchen, um nicht nur kleine Teile und Prototypen, sondern auch große Strukturen wirtschaftlich zu drucken.
 
Das 3D-gedruckte Boot ist ein aufregender Indikator dafür, dass dieser Trend an Fahrt gewinnt. Das Boot wurde in einem festen Stück über 72 Stunden hergestellt ununterbrochenen Drucks hergestellt. Bei der Verwendung traditioneller Herstellungsmethoden kann die Herstellung des Bootes mehrere Wochen oder sogar Monate dauern.
 
Der extrusionsbasierte 3D-Drucker, mit dem das Boot hergestellt wurde, wurde für die Verarbeitung von biobasierten Materialien entwickelt, insbesondere einer Mischung aus Kunststoff und Holzzellulose. Die neuen nachhaltigen Verbundwerkstoffe aus biologischem Anbau sollen recycelbar und wirtschaftlich sein.
 
Die Kombination dieser Materialien mit großflächigem 3D-Druck ist kein Zufall. Der 3D-Druck ist auch als nachhaltige Fertigungsoption bekannt, da weniger Material verschwendet wird und die Produktion schneller am gewünschten Ort durchgeführt werden kann.
 
Zusätzlich zu dem 3D gedruckten Boot stellten die Forscher auch ein 3D gedrucktes 3,65 m langes US Army Communications Shelter vor. Dieses Projekt war eine Demonstration einer Zusammenarbeit zwischen UMaine und dem CCDC-Soldatenzentrum (Combat Capabilities Development Command) der US-Armee, um neue, schnell einsatzfähige Unterstände für Soldaten zu entwickeln.
 
Letztendlich bieten diese Entwicklungen einen Einblick, wie großflächiger 3D-Druck Innovationen und die Entwicklung von Prototypen sowohl im maritimen als auch im militärischen Bereich beschleunigen könnte. Über diese Branchen hinaus hat sich der großflächige 3D-Druck bereits für Luft- und Raumfahrtindustrie und Bau- und Gießereianwendungen als nützlich erwiesen..
 

3. Die Raketenherstellung überdenken

Insbesondere die Luft- und Raumfahrtindustrie könnte durch den großflächigen 3D-Druck bald verändert werden, da das kalifornische Startup Relativity Space eine Rakete plant, von der rund 95 Prozent der Komponenten in 3D gedruckt werden.
 
Um seine Vision Wirklichkeit werden zu lassen, hat das Unternehmen Stargate entwickelt, einen der weltweit größten Lichtbogenschweiß Metall-3D-Drucker, der mit maschinellem Lernen und Robotik ausgestattet ist. Die Technologie hinter dem Stargate 3D-Drucker besteht darin, Metalldraht zu schmelzen, der aus einer Düse auf eine Bauplattform extrudiert wird.
 

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Der Stargate 3D-Drucker wurde entwickelt, um große Raketenteile wie Treibstofftanks herzustellen. [Bildnachweis: Relativity Space]

 

Mit der Möglichkeit, Bauteile mit einem Durchmesser von bis zu 2,7 m und einer Höhe von etwa 4,5 m herzustellen, druckt Stargate alle Kraftstofftanks und andere große Raketenteile. Für kleinere Teile setzt das Unternehmen die Selective Laser Melting (SLM) Technologie ein.
 
Durch die Anwendung des 3D-Drucks zur Herstellung einer gesamten Rakete möchte Relativity Space das Gewicht der Rakete erheblich reduzieren, was potenziell die Startkosten senken und gleichzeitig die Nutzlast erhöhen kann. Darüber hinaus könnte das Unternehmen mithilfe des 3D-Drucks in nur zwei Monaten eine flugbereite Rakete produzieren – ein beeindruckender Zeitrahmen in der Raketenherstellung.
 
Relativity Space will Anfang 2021 als erstes Unternehmen eine vollständig in 3D gedruckte Rakete in die Umlaufbahn bringen. Obwohl diese Pläne anfangs weit hergeholt zu sein schienen, ist das Unternehmen seinem Ziel stetig näher gekommen.
 
Das Hauptprodukt des Unternehmens, die Terran-1-Rakete, wurde kürzlich verbessert, darunter durch eine 3-m-Nutzlastverkleidung mit doppeltem Volumen. Eine weitere bemerkenswerte Leistung ist die kürzlich abgeschlossene Serien-C-Finanzierung in Höhe von 140 Mio. USD die das Unternehmen seiner Vision einen Schritt näher bringt.
 
Durch das 3D-Drucken ganzer Raketen könnte die Abgabe von Raketen erheblich beschleunigt und die Häufigkeit des Abschusses erhöht werden. Diese Vision ist wirklich ehrgeizig und wenn sie sich als erfolgreich erweist, wird es ein Schritt dazu sein, die Entwicklung und Herstellung von Raketen neu zu überdenken.
 

4. 3D-Druck und die Zukunft der autonomen Mobilität

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[Bildnachweis: Airbus]

 

Airbus hat sich mit LM Industries zu einem Start-up namens Neorizon zusammengeschlossen, um innovative Produkte mit Schwerpunkt auf autonomer Mobilität anzubieten. Um dies zu erreichen, bündeln die Unternehmen ihre Kompetenzen in der digitalen Fertigung sowie im Polymer- und Metall-3D-Druck.
 
LM Industries wurde im vergangenen Jahr (2018) von Local Motors gegründet, dem Unternehmen, das hinter einigen der meist diskutierten 3D-Druck Mobile der Branche steht. Im Jahr 2016 baute Local Motors den 3D-gedruckten Olli, ein selbstfahrendes Shuttle, ausgestattet mit 90 Prozent weniger Teilen als ein traditionelles Fahrzeug und diese waren zu 100 Prozent recycelbar. Durch den 3D-Druck fertigt und montiert das Unternehmen Fahrzeuge in örtlichen Mikrofabriken und erzielt so eine flexiblere und agilere Produktion.
 
Laut LM Industries sind „die derzeitige Verkehrsinfrastruktur und die bestehende Massenfertigung zu unflexibel und zu kapitalintensiv, um sich wechselnden Technologietrends und Verbraucheranforderungen bedienen zu können“.
 
Um mehr Flexibilität bei der Produktentwicklung und Produktion zu gewährleisten, wird Neorizon eine lokale Mikrofabrik einrichten, mit der Produkte viel schneller und flexibler entworfen und hergestellt werden können.
 
Zwar ist derzeit nicht genau bekannt, welche Produkte das Start-up entwickeln wird, der Schwerpunkt wird jedoch wahrscheinlich in der Luftfahrt liegen. Derzeit besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung von Flugzeugen als fliegende Taxis oder Lieferfahrzeuge. Dies könnte also ein Gebiet sein, das Neorizon erkunden könnte.
 
Was auch immer Neorizon entwickelt, eine Partnerschaft wie diese ist ein weiterer Indikator für eine zunehmende Verlagerung in Richtung digitaler Fertigung, bei der der 3D-Druck eine der Schlüsselrollen spielt. Letztendlich bedeutet dies auch, dass beide Unternehmen zuversichtlich sind, dass AM ihnen helfen kann, die Zukunft der autonomen Mobilität zu überdenken.
 

5. Eine neue Möglichkeit für 3D-Druckdienstleister

Im September startete Voodoo Manufacturing, ein in den USA ansässiger 3D-Druckdienstleister, mit Voodoo klare Zahnspangen einen neuen Dienst für die Herstellung und den Vertrieb von Dentalprodukten.
 
Das Unternehmen nutzt die Harztechnologie von Formlabs, um monatlich 20.000 Zahnspangenformen herzustellen. Bis Ende des Jahres soll die Produktion auf 80.000 Formen pro Monat erhöht werden.
 
Der Einstieg von Voodoo Manufacturing in den Markt für klare Zahnspangen ist zwar überraschend, hat aber gute Gründe. Der Markt für diese Zahnspangen verzeichnet ein enormes Wachstum, und Voodoo will sich einen Anteil sichern.
 
In vielerlei Hinsicht ist dieses Wachstum auf die Einführung digitaler Technologien wie den zahnmedizinischen 3D-Druck zurückzuführen.
 
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Klare Spangen sind im wesentlichen Spangen, mit denen sich Zähne einstellen und begradigen lassen. Sie sind von Natur aus hoch individualisierte Produkte, da die Position und Form der Zähne jeder Person unterschiedlich ist. Der 3D-Druck ist die einzige Technologie, mit der Zahnärzte Clear Aligner kostengünstig durch die Herstellung von Formen anpassen können.
 
Diese Formen werden dann in einem als Thermoformen bezeichneten Prozess verwendet, bei dem ein Spezialkunststoff erhitzt wird, bis er biegsam wird, und dann in die entsprechende Form gebracht wird.
 
Es wird geschätzt, dass die Mehrheit der klaren Spangen derzeit mit 3D-gedruckten Formen hergestellt wird. Geschwindigkeit und Automatisierung sind für eine derart großvolumige Anwendung sind die beiden Hauptprioritäten, die von Anfang an im Mittelpunkt des Geschäfts von Voodoo Manufacturing standen.
 
Andere 3D-Druckdienstleister sollten dies zur Kenntnis nehmen. Angesichts der Vielzahl unterschiedlicher Materialien und Technologien ist es für Servicebüros immer wichtiger, sich auf bestimmte Bereiche zu spezialisieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben.
 
Der Sprung von Voodoo Manufacturing in den klaren Zahnspangenmarkt weist auf einen weiteren Bereich hin, in dem ein 3D-Druckservice-Büro Fachwissen aufbauen kann. Da der Markt für klare Zahnspangen weiter wächst und sich immer mehr Unternehmen dem Spiel anschließen, könnten einige andere Dienstleister dem Beispiel von Voodoo Manufacturing folgen, um die zunehmend lukrative Marktlücke zu schließen.
 

Die richtungsweisende Kraft des 3D-Drucks

Branchen, die den 3D-Druck einsetzen, gehen mit der Technologie immer besser um. Mit dem gewonnenen Vertrauen sind Unternehmen bereit, mit dem 3D-Druck zu experimentieren, um neue Anwendungen und Geschäftsmöglichkeiten zu finden. Dies trägt letztendlich dazu bei, neue Trends branchenübergreifend zu formen, sei es bei der Entwicklung fortschrittlicher Medizinprodukte oder bei der Produktion von komplett 3D gedruckten Raketen.
 
Der 3D-Druck, der über das Prototyping hinausgeht, hat zweifellos ein enormes Potenzial, Innovationen voranzutreiben, sodass Unternehmen nicht nur die Möglichkeit haben, sich vom Wettbewerb abzuheben, sondern auch etwas zu entwickeln, das zum nächsten großen Thema werden könnte.