Geschichte des 3D Drucks - Teil I
Eine Zeitreise zu den Anfängen der Technologie
Auch wenn der 3D Druck meist als sehr junge Technologie wahrgenommen wird, liegen seine Anfänge schon mehrere Jahrzehnte zurück. Die Idee selbst ist bereits ab den 1940er Jahren in der Literatur zu finden. Ab den 1980er Jahren hält sie auch in der Praxis Einzug. In diesem Artikel wollen wir Sie mit auf eine Zeitreise durch diese frühen Entwicklungen nehmen.
Die theoretischen Anfänge
Der erste, der die Idee des 3D Drucks aufgegriffen hatte, war der Science-Fiction Autor Murray Leinster. In seiner Kurzgeschichte „Things Pass By“ aus dem Jahr 1945 beschreibt er die Technologie mit überraschender Genauigkeit. Nämlich als einen beweglichen Arm, in welchen „magnetronische Kunststoffe“ geleitet werden und welcher mithilfe von Fotozellen Zeichnungen scannt und diese aus Kunststoff in der Luft nachzeichnet. Das Material härtet dabei aus und es entsteht das gewünschte Objekt.
1974 behandelt auch der britische Chemiker und Autor David E. H. Jones das Thema in seiner Kolumne im Magazin New Scientist. Unter dem Pseudonym „Daedalus“ veröffentlicht er dort wöchentlich in satirischen Texten Visionen darüber, wie futuristische Technologien funktionieren könnten. Auch wenn seine Ideen eigentlich als Witz gemeint waren, stellten sich einige davon doch als überraschend präzise Zukunftsvorhersagen heraus. So auch seine Beschreibung des Stereolithografie (SLA) Prozesses, wie er ein Jahrzehnt später von Charles Hull in die Realität umgesetzt werden sollte. Aber dazu später mehr.
Vom Patent zum ersten 3D Drucker
Zwischen den ersten literarischen Auseinandersetzungen mit dem Thema und der wirklichen Umsetzung in der Praxis lagen zunächst noch einige Jahre mit überwiegend gescheiterten Patenten für verschiedene 3D Druck Erfindungen.
Das erste Patent für eine 3D Druck Technologie wurde dabei bereits 1971, und damit noch drei Jahre vor Jones‘ Zukunftsprognose, von Johannes F. Gottwald für einen sogenannten „Liquid Metal Recorder“ eingereicht. In Gottwalds Vorstellung ähnelte dieser Recorder einem klassischen Bürodrucker, mit dem allerdings nicht mit Tinte auf Papier, sondern 3D Objekte aus Metall gedruckt wurden. Eine praktische Umsetzung des Patents erfolge allerdings nie.
Fast zehn Jahre später reichte dann 1980 der japanische Erfinder Hideo Kodama ein Patent für ein Photopolymer-Rapid-Prototyping System ein, welches UV-Licht nutzte, um als Ausgangsmaterial verwendetes lichtempfindliches Harz zu härten. Damit war er der Erste, der ein Laserstrahl-Härtungsverfahren beschrieb. Wegen fehlendem kommerziellem Interesse stellte er die Finanzierung des Patents allerdings ein Jahr nach der Anmeldung ein.
Ähnlich erging es einem französischen Forscherteam, bestehend aus Jean-Claude André, Olivier de Witte und Alain le Méhauté, die alle drei für das französische Technologieunternehmen Alcatel und das französische Nationale Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) arbeiteten. Das Trio reichte 1984 ebenfalls ein Patent für ein additives Fertigungsverfahren mittels Stereolithografie ein. Da de Witte bereits Erfahrung mit der Nutzung von Lasern zur Aushärtung von Festkörpern hatte, hielt er dieses Verfahren als beste Option für das Rapid Prototyping. Doch da weder Alcatel noch das CNRS Interesse an der Technologie hatten und dem Trio die Finanzierung nach der Patentanmeldung nicht möglich war, mussten sie das Projekt aufgeben.
Womit wieder Charles Hull ins Spiel kommt. Nach diesen ersten, wenig erfolgreichen Versuchen, die Idee des 3D Drucks in die Realität umzusetzen, gelang dem US-Amerikaner nämlich schließlich 1986 der Durchbruch. Er hatte ebenfalls 1984, nur drei Wochen nach dem französischen Forschertrio, ein Patent für eine Stereolithografie Maschine eingereicht, für welches er nun zwei Jahre später die Genehmigung erhielt. Im gleichen Jahr gründete er außerdem die Firma 3D Systems und brachte schließlich 1987 mit dem „SLA-1“ den ersten 3D Drucker auf den Markt. In der Regel gilt Hull heute deshalb als der Erfinder des 3D Drucks.
Entwicklung weiterer Verfahren
Die Stereolithografie war somit das erste 3D Druck Verfahren, das patentiert und auf den Markt gebracht worden war. Es sollte jedoch nicht das einzige Verfahren bleiben, welches in den 1980er Jahren entwickelt wurde.
Bereits ein Jahr nachdem Hull das Patent für seine SLA Maschine erhalten hatte, reichte der amerikanische Erfinder Carl Deckard ein Patent für ein Selektives Lasersinterverfahren (SLS) ein, welches 1989 an die Firma DTM, Inc. erteilt wurde, welche später von 3D Systems übernommen wurde. Deckards SLS Drucker war zwar zunächst noch wenig ausgereift und konnte nur sehr einfache Kunststoffteile herstellen, aber diese Anfänge entwickelten sich rasch zum SLS Druck, wie wir ihn heute kennen weiter.
Auch das Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren, das heute wohl das bekannteste und am weitesten verbreitete Verfahren, fand seine Anfänge in den 1980er Jahren. Das Patent dafür wurde 1989 von dem amerikanischen Ehepaar Scott und Lisa Crump eingereicht und 1992 genehmigt. Die beiden gründeten 1989 außerdem die Firma Stratasys, die mit ihren FDM 3D Druckern schnell führend in der Additiven Fertigung wurde.
Mit der EOS GmbH wurde im gleichen Jahr in Deutschland von Hans Langer außerdem noch ein weiterer Branchenführer gegründet, welcher schnell maßgebend im Bereich der Lasersinter-Forschung wurde.
Die hier genannten Technologien sind zwar nicht alle, die es im Bereich der Additiven Forschung gibt, aber mit ihnen wurden die Grundlagen gelegt, die dem 3D Druck in den folgenden Jahrzehnten zu zunehmender Verbreitung und Beliebtheit verhelfen sollten.
Wie sich diese Entwicklung genau vollzog, werden wir in einem unserer folgenden Beiträge darstellen. Seien Sie gespannt!