Die additive Fertigung, auch als 3D-Druck bekannt, begann ursprünglich als eine Möglichkeit, kleine 3D-Objekte für den persönlichen Gebrauch herzustellen und wurde zunächst als Neuheit betrachtet. Im Laufe der Jahre wurden die Möglichkeiten der additiven Fertigung jedoch immer deutlicher, und sie hat sich zu einer anerkannten Fertigungstechnologie für die Produktion kleiner, oft komplexer Bauteile entwickelt. Inzwischen ist die additive Fertigung in der Lage, deutlich größere Strukturen zu erschaffen. Kürzlich wurde sogar ein Boot gefertigt, das über 2 Tonnen wiegt und mehr als 7 Meter lang ist – das bislang größte 3D-gedruckte Boot der Welt.
Das 2-Tonnen schwere 3D-gedruckte Boot wurde von Forschern der University of Maine mit einem großformatigen Polymer-3D-Drucker hergestellt. Entwickelt wurde das Boot vom UMaine Advanced Structures and Composites Center und trägt den Namen 3Dirigo. Mit 2,2 Tonnen Gewicht und einer Länge von 7,62 Metern ist es das größte 3D-gedruckte Boot, das bisher gefertigt wurde – auch wenn angesichts der rasanten Entwicklung der Branche ungewiss ist, wie lange dieser Rekord bestehen bleibt. Beeindruckend ist zudem die Fertigungszeit: Das Boot wurde in nur 72 Stunden (drei Tagen) gedruckt, was für eine Struktur dieser Größe ausgesprochen schnell ist.
Neben dem Weltrekord für das größte 3D-gedruckte Boot stellte 3Dirigo noch zwei weitere Weltrekorde auf. Weitere Auszeichnungen gab es für das größte 3D-gedruckte massive Bauteil und den größten 3D-Drucker. Das Forschungsprojekt wurde durch einen staatlichen Forschungszuschuss in Höhe von 20 Millionen US-Dollar ermöglicht, den die University of Maine gemeinsam mit dem Oak Ridge National Laboratory (ORNL) erhielt, um ein großformatiges additives Fertigungsprogramm mit Holzfaser-basierten Materialien zu entwickeln.
Die Herstellung von 3Dirigo ist ein bedeutender Schritt zur Umsetzung der Initiativen des US-Regierungsprogramms. Das Boot wurde aus Polymer- und Zellulose-Rohstoffen gefertigt, wobei der in Zusammenarbeit mit Ingersoll Machine Tools entwickelte Großformatdrucker überwiegend mit biologisch basierten Materialien, insbesondere Zellulose aus Holz, arbeiten soll. Das eröffnet die Möglichkeit, zukünftig weitere großformatige, biobasierte 3D-gedruckte Strukturen zu fertigen.
Die Möglichkeiten der additiven Fertigung entwickeln sich stetig weiter und beeindrucken immer wieder aufs Neue. Was einst als Werkzeug zur Herstellung sehr kleiner Objekte begann, hat sich zu einem angesehenen Verfahren für die Produktion komplexer Kleinteile entwickelt, die auf herkömmliche Weise schwer herzustellen wären. Heute ermöglicht der 3D-Druck die effiziente Fertigung großformatiger Strukturen, oft einfacher und schneller als mit traditionellen Methoden. Ein bedeutender Treiber für diese Entwicklung ist der 3D-gedruckte Wohnungsbau.
Immer mehr Unternehmen setzen auf großformatige Polymer-3D-Drucker, um Herausforderungen bei Montage und Nachbearbeitung zu überwinden und profitieren dabei von einem einstufigen Herstellungsprozess. Die Fortschritte, die der 3D-Druck und insbesondere der großformatige 3D-Druck bislang erzielt haben, verschaffen der Branche eine solide Ausgangsbasis. Da weiterhin technologische Neuerungen hinzukommen und immer innovativere Anwendungen entstehen, ist zu erwarten, dass die großformatige additive Fertigung weiter wachsen wird – mit noch größeren und mutigeren Projekten, die laufend neue Rekorde aufstellen.
Die additive Fertigung wird künftig vor allem in drei zentralen Bereichen präsent sein: bei der Produktion komplexer Bauteile, bei großformatigen Strukturen sowie bei der Einzel- und Sonderanfertigung. Gerade für komplexe Teile ist das Verfahren ideal, da gewünschte Größen und Geometrien mühelos umgesetzt werden können. Bei größeren Bauwerken – wie etwa im Bauwesen – spart die Technologie Zeit, Kosten und Ressourcen, da Design und Prozesse zunehmend optimiert werden. Die Herstellung individueller Einzelteile ermöglicht zudem den Ersatz von Komponenten, die sonst nicht mehr verfügbar wären.
Ein Bereich, in dem additive Fertigung voraussichtlich kaum Anwendung finden wird, ist die Massenproduktion alltäglicher Gebrauchsgegenstände. Trotz der deutlich gestiegenen Druckgeschwindigkeiten können klassische Fertigungsverfahren solche Produkte weiterhin in weit größeren Stückzahlen und zu niedrigeren Kosten herstellen. Auch wenn sich der 3D-Metalldruck stetig verbessert, erreicht er noch nicht die Dimensionen der Polymer-basierten additiven Fertigung und ist aktuell nicht in der Lage, ähnlich große Strukturen zu realisieren.
Es ist davon auszugehen, dass Polymere auch künftig eine zentrale Rolle in der additiven Fertigung spielen werden, insbesondere im großformatigen Bereich. Doch da moderne Großformatdrucker inzwischen auch Zellulose und möglicherweise weitere biobasierte Materialien verarbeiten können, werden in Zukunft immer mehr große, biobasierte oder hybride Strukturen entstehen.
