Anwendungen des 3D-Drucks
3D-Druck hat viele Anwendungen. In der Herstellung, in der Medizin, in der Architektur und in der kundenspezifischen Kunst und im Design. Manche Leute verwenden 3D-Drucker, um mehr 3D-Drucker zu erstellen. Im aktuellen Szenario wurde das 3D-Druckverfahren in der Fertigung, Medizin, Industrie und soziokulturellen Bereichen eingesetzt, was den 3D-Druck zu einer erfolgreichen kommerziellen Technologie macht.
Fertigungsanwendungen
Dreidimensionales Drucken macht es so billig, einzelne Artikel zu erstellen, wie es ist, Tausende zu produzieren und Skaleneffekte zu untergraben. Es könnte so tiefgreifende Auswirkungen auf die Welt haben, wie das Kommen der Fabrik es tat … So wie niemand 1750 die Wirkung der Dampfmaschine vorhersagen konnte – oder der Druckerpresse im Jahr 1450 oder des Transistors 1950 – Es ist unmöglich, die langfristigen Auswirkungen des 3D-Drucks vorauszusehen. Aber die Technologie kommt und es wird wahrscheinlich jeden Bereich, den sie berührt, unterbrechen.
AM-Technologien wurden ab den 1980er Jahren in den Bereichen Produktentwicklung, Datenvisualisierung, Rapid Prototyping und Spezialfertigung eingesetzt. Ihre Expansion in die Produktion (Arbeitsproduktion, Massenproduktion und verteilte Fertigung) wurde in den folgenden Jahrzehnten entwickelt. Die Rolle der Industrieproduktion in der metallverarbeitenden Industrie erreichte in den frühen Jahren des Jahres 2010 zum ersten Mal einen signifikanten Umfang. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts ist der Absatz von AM-Maschinen stark angestiegen und der Preis ist deutlich gesunken. Laut Wohlers Associates, einem Beratungsunternehmen, war der Markt für 3D-Drucker und -Dienstleistungen im Jahr 2012 weltweit 2,2 Milliarden US-Dollar wert, 29% mehr als 2011. McKinsey prognostiziert, dass die additive Fertigung bis zum Jahr 2025 jährlich 550 Milliarden US-Dollar kosten könnte für AM-Technologien, einschließlich Architektur, Konstruktion (AEC), Industriedesign, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Militär, Maschinenbau, Zahn- und Medizintechnik, Biotech (menschlicher Gewebeersatz), Mode, Schuhe, Schmuck, Brillen, Bildung, geografische Informationssysteme, Lebensmittel und viele andere Felder.
Die frühesten Anwendungen der additiven Fertigung waren am Ende des Fertigungsspektrums. Zum Beispiel war Rapid Prototyping eine der frühesten additiven Varianten, und seine Aufgabe war es, die Vorlaufzeit und die Kosten für die Entwicklung von Prototypen neuer Teile und Vorrichtungen zu reduzieren, was früher nur mit subtraktiven Werkzeugmethoden wie CNC-Fräsen und Drehen gemacht wurde Präzisionsschleifen, viel genauer als 3D-Druck mit einer Genauigkeit von bis zu 0,00005 „und schneller schneller, aber manchmal zu teuer für Prototypenbauteile mit geringer Genauigkeit. Mit technologischen Fortschritten in der additiven Fertigung und der Verbreitung dieser Fortschritte im Geschäft Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/…1/index.html Auf additiven Wegen bewegen sich additive Methoden immer kreativer und unerwarteterweise immer weiter in die Produktion hinein: Teile, die bisher ausschließlich subtraktiven Verfahren vorbehalten waren, können heute teilweise durch additive Verfahren rentabel gemacht werden Die RepRap-Technologie ermöglicht es dem gleichen Gerät, sowohl additive als auch subtraktive Fertigung durch magnetischen Austausch durchzuführen Werkzeugköpfe.
Cloud-basierte additive Fertigung
Die additive Fertigung in Kombination mit Cloud-Computing-Technologien ermöglicht eine dezentrale und geografisch unabhängige verteilte Produktion. Cloud-basierte additive Fertigung bezieht sich auf ein serviceorientiertes, vernetztes Fertigungsmodell, in dem Servicekonsumenten Teile über Infrastructure-as-a-Service (IaaS), Platform-as-a-Service (PaaS), Hardware-as-a-Service (HaaS) und Software bauen können als ein Service (SaaS). Dezentrale Fertigung als solche wird von einigen Unternehmen durchgeführt; Es gibt auch Services wie 3D Hubs, die Menschen, die 3D-Druck benötigen, mit den Besitzern von Druckern in Kontakt bringen.
Einige Unternehmen bieten Online-3D-Druckdienste für gewerbliche und private Kunden an und arbeiten mit 3D-Designs, die auf die Website des Unternehmens hochgeladen werden. 3D-gedruckte Designs werden entweder an den Kunden versandt oder vom Dienstleister abgeholt.
Massenanpassung
Unternehmen haben Dienste entwickelt, bei denen Kunden Objekte mithilfe einer vereinfachten webbasierten Anpassungssoftware anpassen und die resultierenden Objekte als 3D-gedruckte eindeutige Objekte bestellen können. Dies ermöglicht es den Kunden, benutzerdefinierte Hüllen für ihre Mobiltelefone zu erstellen. Nokia hat die 3D-Designs für sein Gehäuse veröffentlicht, sodass Besitzer ihr eigenes Gehäuse anpassen und es in 3D drucken lassen können.
Schnelle Herstellung
Fortschritte in der RP-Technologie haben Materialien eingeführt, die für die endgültige Herstellung geeignet sind, was wiederum die Möglichkeit der direkten Herstellung fertiger Komponenten eingeführt hat. Ein Vorteil des 3D-Drucks für die schnelle Herstellung liegt in der relativ kostengünstigen Herstellung von kleinen Stückzahlen.
Rapid Manufacturing ist eine neue Herstellungsmethode, und viele ihrer Prozesse bleiben unbewiesen. Der 3D-Druck tritt nun in den Bereich der Rapid Manufacturing ein und wurde in einem Bericht von 2009 von vielen Experten als „next level“ -Technologie identifiziert. Eines der vielversprechendsten Verfahren scheint die Anpassung des selektiven Lasersinterns (SLS) oder des direkten Metall-Laser-Sinterns (DMLS) zu sein, eines der besser etablierten Rapid-Prototyping-Verfahren. Ab 2006 befanden sich diese Techniken jedoch noch in den Kinderschuhen, und es gab viele Hindernisse, die überwunden werden mussten, bevor RM als realistische Herstellungsmethode betrachtet werden konnte.
Es gab Patentklagen wegen 3-D-Drucks für die Herstellung.
Rapid-Prototyping
Industrielle 3D-Drucker gibt es seit den frühen 1980er Jahren und wurden ausgiebig für Rapid-Prototyping- und Forschungszwecke eingesetzt. Dies sind im Allgemeinen größere Maschinen, die proprietäre pulverförmige Metalle, Gießmedien (z. B. Sand), Kunststoffe, Papier oder Kartuschen verwenden und von Universitäten und kommerziellen Unternehmen für Rapid Prototyping verwendet werden.
Forschung
Der 3D-Druck kann in Forschungslaboren besonders nützlich sein, da er in der Lage ist, spezielle, maßgeschneiderte Geometrien zu erstellen. Im Jahr 2012 zeigte ein Proof-of-Principle-Projekt an der Universität Glasgow, Großbritannien, dass es möglich ist, 3D-Drucktechniken zu verwenden, um bei der Herstellung chemischer Verbindungen zu helfen. Sie druckten zunächst chemische Reaktionsgefäße und setzten dann den Drucker ein, um Reaktanten in sie einzubringen. Sie haben neue Verbindungen hergestellt, um die Validität des Prozesses zu überprüfen, haben aber nichts mit einer bestimmten Anwendung verfolgt.
Üblicherweise wird das FDM-Verfahren zum Drucken von hohlen Reaktionsgefäßen oder Mikroreaktoren verwendet. Wird der 3D-Druck in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, können die Reaktionsgefäße während des Drucks mit hochreaktiven Substanzen gefüllt werden. Die 3D-gedruckten Objekte sind für mehrere Wochen luft- und wasserdicht. Durch den Druck von Reaktionsgefäßen in der Geometrie gängiger Küvetten oder Messröhren können routinemäßige analytische Messungen wie UV / VIS-, IR- und NMR-Spektroskopie direkt im 3D-gedruckten Gefäß durchgeführt werden.
Darüber hinaus wurde der 3D-Druck in Forschungslabors als alternatives Verfahren zur Herstellung von Komponenten für Experimente verwendet, wie zum Beispiel magnetische Abschirm- und Vakuumkomponenten mit nachgewiesener Leistung, die mit herkömmlich hergestellten Teilen vergleichbar ist.
Essen
Die additive Herstellung von Lebensmitteln wird entwickelt, indem Lebensmittel Schicht für Schicht zu dreidimensionalen Objekten herausgepresst werden. Eine große Auswahl an Lebensmitteln sind geeignete Kandidaten, wie Schokolade und Süßigkeiten, und flache Lebensmittel wie Cracker, Pasta und Pizza. Die NASA hat die Vielseitigkeit des Konzepts berücksichtigt und einen Auftrag an die System- und Materialforschungsberatung vergeben, um die Machbarkeit des Drucks von Lebensmitteln im Weltraum zu untersuchen. Eines der Probleme beim Bedrucken von Lebensmitteln ist die Beschaffenheit der Textur eines Lebensmittels. Zum Beispiel sind Lebensmittel, die nicht stark genug sind, um archiviert zu werden, nicht für den 3D-Druck geeignet.
Agile Werkzeuge
Agile Tooling ist der Prozess der Verwendung von modularen Mitteln, um Werkzeuge zu entwerfen, die durch additive Fertigung oder 3D-Druckverfahren hergestellt werden, um schnelles Prototyping und Reaktionen auf Werkzeug- und Vorrichtungsbedarf zu ermöglichen. Agile Werkzeuge verwenden eine kostengünstige und qualitativ hochwertige Methode, um schnell auf Kunden- und Marktanforderungen zu reagieren. Es kann in Hydroformen, Stanzen, Spritzguss und anderen Herstellungsverfahren verwendet werden.
Medizinische Anwendungen
Chirurgische Anwendungen von 3D-Druck-zentrischen Therapien haben eine Geschichte in der Mitte der 1990er Jahre mit anatomischen Modellierung für die Planung der knöchernen rekonstruktiven Chirurgie. Durch das Üben an einem taktilen Modell vor der Operation waren die Chirurgen besser vorbereitet und die Patienten wurden besser versorgt. Patientengerechte Implantate waren eine natürliche Erweiterung dieser Arbeit und führten zu wirklich personalisierten Implantaten, die zu einem einzigartigen Individuum passen. Virtuelle Planung von Operationen und Führung mit 3D-gedruckten, personalisierten Instrumenten wurden in vielen Bereichen der Chirurgie einschließlich des totalen Gelenkersatzes und der kraniomaxillofacialen Rekonstruktion mit großem Erfolg angewendet. Weitere Studien zum Einsatz von Modellen zur Planung der Herz- und Organchirurgie haben zu einer verstärkten Nutzung in diesen Bereichen geführt. Der Krankenhaus-3D-Druck ist heute von großem Interesse, und viele Institutionen verfolgen das Ziel, diese Spezialität in die einzelnen Abteilungen der Radiologie aufzunehmen. Die Technologie wird verwendet, um einzigartige, patientengerechte Geräte für seltene Krankheiten zu schaffen. Ein Beispiel hierfür ist die bioresorbierbare Trachialschiene zur Behandlung von Neugeborenen mit Tracheobronchomalazie, die an der Universität von Michigan entwickelt wurde. Mehrere Gerätehersteller haben ebenfalls damit begonnen, 3D-Druck für auf Patienten abgestimmte chirurgische Führungen (Polymere) zu verwenden. Die Verwendung der additiven Fertigung für die serielle Herstellung von orthopädischen Implantaten (Metallen) nimmt auch aufgrund der Fähigkeit zu, poröse Oberflächenstrukturen effizient zu erzeugen, die die Osseointegration erleichtern. Gedruckte Abdrücke für gebrochene Knochen können individuell angepasst und geöffnet werden, sodass der Träger den beschädigten Bereich kratzen, waschen und lüften kann. Sie können auch recycelt werden.
Fused Filament Fabrication (FFF) wurde verwendet, um Mikrostrukturen mit einer dreidimensionalen inneren Geometrie zu erzeugen. Opferstrukturen oder zusätzliche Trägermaterialien werden nicht benötigt. Die Struktur unter Verwendung von Polymilchsäure (PLA) kann eine vollständig steuerbare Porosität im Bereich von 20% bis 60% aufweisen. Solche Gerüste könnten als biomedizinische Template für die Zellkultivierung oder als biologisch abbaubare Implantate für das Tissue Engineering dienen.
Der 3D-Druck wurde verwendet, um ein patientenspezifisches Implantat und Gerät für medizinische Zwecke zu drucken. Erfolgreiche Operationen umfassen ein Titan-Becken, das einem britischen Patienten implantiert wurde, ein Titan-Unterkiefer, der einem niederländischen Patienten transplantiert wurde, und eine Kunststoff-Trachealschiene für ein amerikanisches Kind. Es wird erwartet, dass die Hörgeräte- und Dentalindustrie der größte Bereich der zukünftigen Entwicklung sein wird, der die kundenspezifische 3D-Drucktechnologie verwendet. Im März 2014 verwendeten Chirurgen in Swansea 3D gedruckte Teile, um das Gesicht eines Motorradfahrers, der bei einem Verkehrsunfall schwer verletzt wurde, wieder aufzubauen. Es wird auch an Methoden zum Ersatz von verloren gegangenem Gewebe durch Arthritis und Krebs geforscht.
Mithilfe der 3D-Drucktechnologie können nun exakte Nachbildungen von Organen erstellt werden. Der Drucker verwendet Bilder von MRT- oder CT-Bildern von Patienten als Vorlage und legt Schichten aus Gummi oder Kunststoff ab.
Bio-Druck
Im Jahr 2006 veröffentlichten Forscher der Cornell University einige der Pionierarbeiten im 3D-Druck für die Tissue-Herstellung, erfolgreich Hydrogel-Bio-Tinten. Die Arbeit in Cornell wurde mit spezialisierten Bioprintern erweitert, die von Seraph Robotics, Inc., einem Spin-Out der Universität, hergestellt wurden und das weltweite Interesse an biomedizinischer 3D-Druckforschung katalysierten.
Der 3D-Druck wurde als eine Methode zum Implantieren von Stammzellen betrachtet, die in der Lage sind, neue Gewebe und Organe in lebenden Menschen zu erzeugen. Mit ihrer Fähigkeit, sich in jede andere Art von Zellen im menschlichen Körper zu verwandeln, bieten Stammzellen ein großes Potenzial im 3D-Bioprinting. Professor Leroy Cronin von der Universität Glasgow schlug in einem TED Talk 2012 vor, dass es möglich sei, chemische Tinten zum Drucken von Medizin zu verwenden.
Seit 2012 wird die 3D-Bioprinting-Technologie von Biotechnologie-Unternehmen und Universitäten für den Einsatz in Tissue-Engineering-Anwendungen untersucht, bei denen Organe und Körperteile mit Tintenstrahltechniken hergestellt werden. Bei diesem Verfahren werden Schichten lebender Zellen auf ein Gelmedium oder eine Zuckermatrix aufgebracht und langsam zu dreidimensionalen Strukturen einschließlich vaskulärer Systeme aufgebaut. Das erste Produktionssystem für den 3D-Tissueprint wurde 2009 basierend auf der NovoGen-Bioprinting-Technologie geliefert. Mehrere Begriffe wurden verwendet, um sich auf dieses Forschungsgebiet zu beziehen: Organ-Printing, Bioprinting, Body-Part-Printing und Computer Aided Tissue Engineering, unter anderem. Die Möglichkeit, 3D-Gewebedruck zur Schaffung von Weichgewebearchitekturen für die rekonstruktive Chirurgie zu verwenden, wird ebenfalls untersucht.
Im Jahr 2013 begannen chinesische Wissenschaftler, Ohren, Leber und Nieren mit lebendem Gewebe zu bedrucken. Forscher in China waren in der Lage, menschliche Organe mit speziellen 3D-Bioprintern zu drucken, die lebende Zellen anstelle von Plastik verwenden. Forscher der Universität Hangzhou Dianzi entwarfen den „3D-Bio-Drucker“, den „Regenovo“. Xu Mingen, der Entwickler von Regenovo, sagte, dass er in weniger als einer Stunde eine Miniaturprobe von Lebergewebe oder Ohrknorpel produzieren kann, und vorhersagt, dass voll funktionsfähige gedruckte Organe 10 bis 20 Jahre Entwicklungszeit benötigen.
Medizinische Geräte
Am 24. Oktober 2014 wurde ein fünfjähriges Mädchen, das ohne vollständig geformte Finger an ihrer linken Hand geboren wurde, das erste Kind in Großbritannien, das eine mit 3D-Drucktechnologie hergestellte Prothesenhand hatte. Ihre Hand wurde von der US-amerikanischen Firma e-NABLE entworfen, einer Open-Source-Designorganisation, die ein Netzwerk von Freiwilligen nutzt, um Prothesen hauptsächlich für Kinder zu entwerfen und herzustellen. Die Prothesenhand basierte auf einem Gipsabdruck ihrer Eltern. Ein Junge namens Alex wurde ebenfalls mit einem fehlenden Arm direkt über dem Ellbogen geboren. Das Team war in der Lage, 3D-Druck zu verwenden, um einen e-NABLE Myoelectric Arm hochzuladen, der von Servos und Batterien läuft, die vom Elektromyographie-Muskel betätigt werden. Mit dem Einsatz von 3D-Druckern hat e-NABLE bisher Tausende von Plastikhänden an Kinder verteilt.
Gedruckte Prothesen wurden in der Rehabilitation von verkrüppelten Tieren verwendet. Im Jahr 2013 ließ ein 3D-gedruckter Fuß ein verkrüppeltes Entlein wieder laufen. Im Jahr 2014 wurde ein ohne Vorderbeine geborener Chihuahua mit einem Geschirr und Rädern ausgestattet, die mit einem 3D-Drucker erstellt wurden. 3D-gedruckte Einsiedlerkrebsmuscheln lassen Einsiedlerkrebse in einem neuen Zuhause leben. Ein prothetischer Schnabel war ein weiteres Werkzeug, das durch den 3D-Druck entwickelt wurde, um einem Weißkopfseeadler namens Schönheit zu helfen, dessen Schnabel durch einen Schlag ins Gesicht stark verstümmelt wurde. Seit 2014 wurden kommerziell erhältliche Titan-Knieimplantate mit 3D-Drucker für Hunde eingesetzt, um die Mobilität der Tiere wiederherzustellen. Über 10.000 Hunde in Europa und den Vereinigten Staaten wurden nach nur einem Jahr behandelt.
Im Februar 2015 hat die FDA die Vermarktung eines chirurgischen Bolzens genehmigt, der eine weniger invasive Fußchirurgie ermöglicht und das Durchbohren von Knochen überflüssig macht. Das 3D-gedruckte Titan-Gerät, „FastForward Bone Tether Plate“, ist für die Korrekturbehandlung bei der Behandlung des Ballenhalses zugelassen. Im Oktober 2015 hat die Gruppe um Professor Andreas Herrmann an der Universität Groningen die ersten 3D-druckbaren Kunststoffe mit antimikrobiellen Eigenschaften entwickelt. In der Stereolithographie werden quartäre Ammoniumgruppen in zahnmedizinische Geräte eingebaut, die bei Kontakt Bakterien abtöten. Diese Art von Material kann weiterhin in medizinischen Geräten und Implantaten verwendet werden.
Der 3D-Druck wurde verwendet, um Prothesenschnäbel für Adler, eine brasilianische Gans namens Victoria und einen costa-ricanischen Tukan namens Grecia herzustellen.
Pillen
Die erste im 3D-Druck hergestellte Pille wurde im August 2015 von der FDA zugelassen. Durch Binder-Jetting in ein Pulverbett lassen sich sehr poröse Pillen herstellen, die hohe Wirkstoffdosen in einer einzigen Pille ermöglichen, die sich schnell auflöst und eingenommen werden kann leicht. Dies wurde für Spritam demonstriert, eine Neuformulierung von Levetiracetam zur Behandlung von Epilepsie.
Industrielle Anwendungen
Bekleidung
inBloom 3D gedrucktes Outfit
Der 3D-Druck hat mit Modedesignern, die mit 3D-gedruckten Bikinis, Schuhen und Kleidern experimentieren, in die Welt der Kleidung Einzug gehalten. In kommerzieller Produktion verwendete Nike den 3D-Druck, um den 2012 Vapor Laser Talon Fußballschuh für Spieler des amerikanischen Fußballs zu prototypisieren und herzustellen, und New Balance fertigt maßgeschneiderte 3D-Schuhe für Sportler.
Der 3D-Druck ist mittlerweile so weit fortgeschritten, dass Unternehmen Brillen für Verbraucher mit individuell angepasster Passform und Styling drucken (obwohl sie die Objektive nicht bedrucken können). On-Demand-Anpassung von Brillen ist mit Rapid Prototyping möglich.
In akademischen Kreisen wurde jedoch darüber gesprochen, dass die menschliche Akzeptanz solcher maßgeschneiderten Massenartikel aufgrund der potenziellen Verringerung der Markenwertkommunikation möglicherweise begrenzt ist.
In der Welt der High-Fashion-Höflinge wie Karl Lagerfeld für Chanel, Iris van Herpen und Noa Raviv arbeiten mit Technologie von Stratasys, haben 3D-Druck in ihren Sammlungen eingesetzt und vorgestellt. Auswahlen von theie Linien und anderen Arbeiten mit 3D-Druck wurden im Metropolitan Museum of Art Anna Wintour Costume Center 2016, Ausstellung „Manus X Machina“ präsentiert.
Industrielle Kunst und Schmuck
3D-Druck wird verwendet, um Formen für die Herstellung von Schmuck und sogar den Schmuck selbst herzustellen. 3D-Druck wird in der anpassbaren Geschenke-Industrie, mit Produkten wie personalisierte Modelle von Kunst und Puppen, in vielen Formen: in Metall oder Kunststoff oder als verzehrbare Kunst, wie 3D gedruckte Schokolade.
Automobilindustrie
Anfang 2014 kündigte der schwedische Supercar-Hersteller Koenigsegg den One: 1 an, einen Supersportwagen, der viele 3D-gedruckte Bauteile nutzt. In der limitierten Serie von Fahrzeugen, die Koenigsegg produziert, verfügt der One: 1 über Innenspiegel, Luftkanäle, Titan-Auspuffkomponenten und komplette Turbolader-Baugruppen, die im Rahmen des Herstellungsprozesses in 3D gedruckt wurden.
Urbee ist der Name des ersten Automobils in der Welt, das mit dem 3D-Druckverfahren montiert wurde (seine Karosserie und die Autofenster wurden „bedruckt“). Im Jahr 2010 durch die Partnerschaft zwischen der US-amerikanischen Ingenieurgruppe Kor Ecologic und der Firma Stratasys (Hersteller von Druckern Stratasys 3D) geschaffen, ist es ein Hybridfahrzeug mit futuristischem Look.
Im Jahr 2014 debütierte Local Motors mit Strati, einem funktionstüchtigen Fahrzeug, das ausschließlich mit ABS-Kunststoff und Kohlefaser bedruckt war, mit Ausnahme des Antriebsstrangs. Im Jahr 2015 produzierte das Unternehmen eine weitere Iteration namens LM3D Swim, die zu 80 Prozent in 3D gedruckt wurde. Im Jahr 2016 hat das Unternehmen 3D-Druck bei der Herstellung von Autoteilen verwendet, wie sie in Olli verwendet werden, einem selbstfahrenden Fahrzeug, das von der Firma entwickelt wurde.
Im Mai 2015 gab Airbus bekannt, dass sein neuer Airbus A350 XWB über 1000 Komponenten aus 3D-Druck umfasst.
Der 3D-Druck wird auch von den Luftstreitkräften genutzt, um Ersatzteile für Flugzeuge zu drucken. Im Jahr 2015 flog ein Eurofighter Typhoon Kampfflugzeug der Royal Air Force mit gedruckten Teilen. Die United States Air Force hat begonnen, mit 3D-Druckern zu arbeiten, und die israelische Luftwaffe hat auch einen 3D-Drucker gekauft, um Ersatzteile zu drucken.
Konstruktion
Die Verwendung von 3D-Drucken zur Herstellung von maßstäblichen Modellen innerhalb von Architektur und Konstruktion hat immer mehr an Popularität gewonnen, da die Kosten von 3D-Druckern reduziert wurden. Dies ermöglichte ein schnelleres Umdrehen solcher Modelle und ermöglichte eine stetige Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit und der Komplexität der hergestellten Objekte.
Der Bau 3D-Druck, die Anwendung des 3D-Drucks für die Herstellung von Bauteilen oder ganzen Gebäuden ist seit Mitte der 1990er Jahre in Entwicklung, die Entwicklung neuer Technologien hat sich seit 2012 stetig beschleunigt und der Teilbereich 3D-Druck beginnt zu reifen. Siehe Hauptartikel.
Feuerarme
Im Jahr 2012 enthüllte die US-amerikanische Gruppe Defense Distributed Pläne, „eine funktionierende Plastikpistole zu entwerfen, die von jedem mit einem 3D-Drucker heruntergeladen und reproduziert werden könnte“. Defense Distributed hat außerdem einen 3D-druckfähigen AR-15-Gewehr-Tiefton-Empfänger (mit mehr als 650 Schuss) und ein 30-Schuss-M16-Magazin entwickelt. Der AR-15 hat mehrere Empfänger (sowohl einen oberen als auch einen unteren Empfänger), aber der gesetzlich kontrollierte Teil ist derjenige, der serialisiert ist (der untere, im Fall des AR-15). Kurz nachdem Defense Distributed im Mai 2013 den ersten funktionierenden Entwurf für die Herstellung einer Plastikpistole mit einem 3D-Drucker entwickelt hatte, forderte das US-Außenministerium, dass sie die Anweisungen von ihrer Website entfernen. Nachdem Defense Distributed ihre Pläne veröffentlicht hatte, wurden Fragen zu den Auswirkungen aufgeworfen, die der 3D-Druck und die weit verbreitete CNC-Bearbeitung auf Verbraucherebene auf die Wirksamkeit der Waffenkontrolle haben könnten.
Im Jahr 2014 wurde ein Mann aus Japan als erster Mensch in der Welt verhaftet, weil er 3D-gedruckte Feuerwaffen hergestellt hatte. Yoshitomo Imura veröffentlichte Videos und Pläne der Waffe online und wurde für zwei Jahre zu Gefängnisstrafen verurteilt. Die Polizei fand in seinem Haushalt mindestens zwei Gewehre, die Kugeln abfeuern konnten.
Computer und Roboter
3D-Druck kann auch verwendet werden, um Laptops und andere Computer und Gehäuse herzustellen. Zum Beispiel, Novena und VIA OpenBook Standard-Laptop-Hüllen. Ein Novenamotherboard kann gekauft werden und in einem gedruckten VIA OpenBook Fall benutzt werden.
Weiche Sensoren und Aktoren
Der 3D-Druck hat seinen Platz in der Herstellung von weichen Sensoren und Aktuatoren gefunden, die vom 4D-Druckkonzept inspiriert wurden. Die Mehrzahl der herkömmlichen weichen Sensoren und Aktuatoren werden unter Verwendung mehrstufiger, mit geringer Ausbeute arbeitender Verfahren hergestellt, die manuelle Herstellung, Nachbearbeitung / Montage und langwierige Iterationen mit weniger Flexibilität bei der Anpassung und Reproduzierbarkeit der Endprodukte erfordern. Der 3D-Druck hat sich in diesen Bereichen durch die Einführung der angepassten geometrischen, funktionalen und Steuerungseigenschaften stark verändert, um die langwierigen und zeitraubenden Aspekte der früheren Fertigungsprozesse zu vermeiden.
Raum
Der Zero-G Printer, der erste 3D-Drucker, der für den Betrieb in Schwerelosigkeit ausgelegt ist, wurde im Rahmen einer Partnerschaft zwischen dem Marshall Space Flight Center (MSFC) und Made In Space, Inc. gebaut. Im September 2014 lieferte SpaceX das Schwerelosigkeits-3D Drucker zur Internationalen Raumstation (ISS). Am 19. Dezember 2014 sandte die NASA CAD-Zeichnungen für einen Steckschlüssel an Astronauten an Bord der ISS, die dann das Werkzeug mit ihrem 3D-Drucker druckten. Weltraumanwendungen bieten die Möglichkeit, Teile oder Werkzeuge vor Ort zu drucken, im Gegensatz zur Verwendung von Raketen, um vorgefertigte Gegenstände für Weltraummissionen zu menschlichen Kolonien auf dem Mond, Mars oder anderswo mitzubringen. Der zweite 3D-Drucker im Weltraum, der Portable On-Board 3D Printer (POP3D) der Europäischen Weltraumorganisation, sollte vor Juni 2015 an die Internationale Raumstation geliefert werden. Im Jahr 2016 berichtete Digital Trends, dass BeeHex einen 3D-Lebensmitteldrucker für bemannte Geräte gebaut hat Missionen zum Mars.
Die meisten auf Asteroiden oder Planeten geplanten Konstruktionen werden irgendwie mit den Materialien, die auf diesen Objekten verfügbar sind, gebootet. 3D-Druck ist oft einer der Schritte in diesem Bootstrapping. Das Projekt in Sambia erforscht eine Mondbasis, die durch 3D-Druck unter Verwendung von Mondregolith als Basismaterial konstruiert wurde. Anstatt dem Regolith ein Bindemittel zuzusetzen, experimentieren die Forscher mit Mikrowellensintern, um feste Blöcke aus dem Rohmaterial zu erzeugen.
Projekte wie diese wurden für den Bau von außerirdischen Lebensräumen untersucht.
Soziokulturelle Anwendungen
Im Jahr 2005 wurde mit der Eröffnung der Open-Source-Projekte RepRap und Fab @ Home ein schnell wachsender Hobby- und Heimmarkt etabliert. Nahezu alle bisher verwendeten 3D-Heimdrucker haben ihre technischen Wurzeln im laufenden RepRap-Projekt und den damit verbundenen Open-Source-Software-Initiativen. Bei der verteilten Herstellung hat eine Studie ergeben, dass der 3D-Druck ein Massenmarktprodukt werden kann, das es den Verbrauchern ermöglicht, beim Kauf von Haushaltsgegenständen Geld zu sparen. Anstatt beispielsweise ein Geschäft zu besuchen, um ein in einer Fabrik hergestelltes Objekt durch Spritzgießen zu kaufen (wie zum Beispiel einen Messbecher oder einen Trichter), könnte eine Person es stattdessen zu Hause von einem heruntergeladenen 3D-Modell drucken.
Kunst und Schmuck
Im Jahr 2005 begannen akademische Zeitschriften über die möglichen künstlerischen Anwendungen der 3D-Drucktechnologie zu berichten, die von Künstlern wie Martin John Callanan an der Bartlett School of Architecture verwendet wurden. Im Jahr 2007 folgten die Massenmedien mit einem Artikel im Wall Street Journal und im Time Magazine, in dem ein gedrucktes Design unter den 100 einflussreichsten Designs des Jahres aufgeführt wurde. Während des London Design Festivals 2011 fand im Victoria and Albert Museum (V & A) eine von Murray Moss kuratierte und auf 3D Printing fokussierte Installation statt. Die Installation hieß Industrielle Revolution 2.0: Wie sich die materielle Welt neu materialisieren wird.
Auf der 3DPrintshow in London, die im November 2013 und 2014 stattfand, hatten die Kunstsektionen Arbeiten aus 3D-bedrucktem Kunststoff und Metall. Mehrere Künstler wie Joshua Harker, Davide Prete, Sophie Kahn, Helena Lukasova, Foteini Setaki zeigten, wie der 3D-Druck ästhetische und künstlerische Prozesse verändern kann. Im Jahr 2015 haben Ingenieure und Designer der MIT Mediated Matter Group und Glass Lab einen additiven 3D-Drucker entwickelt, der mit Glas, G3DP genannt, druckt. Die Ergebnisse können sowohl strukturell als auch künstlerisch sein. Transparente Glasgefäße, die darauf gedruckt sind, sind Teil einiger Museumssammlungen.
Die Verwendung von 3D-Scan-Technologien ermöglicht die Replikation realer Objekte ohne die Verwendung von Formtechniken, die in vielen Fällen teurer, schwieriger oder zu invasiv durchgeführt werden können, insbesondere für wertvolle Kunstwerke oder empfindliche Artefakte des kulturellen Erbes, bei denen ein direkter Kontakt besteht die Formmassen könnten die Oberfläche des Originalgegenstandes beschädigen.
3D-Selfies
Ein 3D-Fotoautomat wie der Fantasitron in Madurodam, der Miniaturpark, generiert 3D-Selfie-Modelle aus 2D-Bildern von Kunden. Diese Selfies werden oft von engagierten 3D-Druckereien wie Shapeways gedruckt. Diese Modelle werden auch als 3D-Portraits, 3D-Figuren oder Mini-Me-Figuren bezeichnet.
Kommunikation
Durch den Einsatz der additiven Schichttechnologie im 3D-Druck wurden Terahertz-Geräte, die als Wellenleiter, Koppler und Biegungen fungieren, geschaffen. Die komplexe Form dieser Vorrichtungen konnte unter Verwendung herkömmlicher Herstellungstechniken nicht erreicht werden. Der im Handel erhältliche professionelle Drucker EDEN 260V wurde zum Erzeugen von Strukturen mit einer minimalen Strukturgröße von 100 & mgr; m verwendet. Die gedruckten Strukturen wurden später durch DC-Sputtern mit Gold (oder einem anderen Metall) beschichtet, um ein Terahertz-Plasmonengerät zu erzeugen. Im Jahr 2016 die Künstlerin / Wissenschaftler Janine Carr Die erste 3D gedruckte Vocal Percussion (Beatbox) als Wellenform, mit der Fähigkeit, die Schallwelle mit Laser zu spielen, zusammen mit vier vokalisierten Emotionen diese waren auch mit Laser spielbar.
Hausgebrauch
Zu den frühen Verbraucherbeispielen des 3D-Drucks gehört die 64DD, die 1999 in Japan veröffentlicht wurde. Ab 2012 wurde der häusliche 3D-Druck hauptsächlich von Bastlern und Enthusiasten ausgeübt. Für praktische Haushaltsanwendungen, beispielsweise Ziergegenstände, wurde jedoch wenig verwendet. Einige praktische Beispiele umfassen eine Arbeitstaktuhr und Zahnräder, die unter anderem für Heimwerkermaschinen gedruckt werden. Websites, die mit dem 3D-Drucken zu Hause in Verbindung gebracht wurden, umfassten Rückseitenkratzer, Kleiderhaken, Türgriffe usw.
Das Open-Source-Projekt Fab @ Home hat Drucker für den allgemeinen Gebrauch entwickelt. Sie wurden in Forschungsumgebungen verwendet, um chemische Verbindungen mit 3D-Drucktechnologie herzustellen, einschließlich neuer, zunächst ohne unmittelbare Anwendung als Beweis des Prinzips. Der Drucker kann mit allem drucken, was aus einer Spritze als Flüssigkeit oder Paste ausgegeben werden kann. Die Entwickler der chemischen Anwendung sehen für diese Technologie sowohl den industriellen als auch den häuslichen Gebrauch vor, einschließlich der Möglichkeit, Benutzern in abgelegenen Gegenden die Möglichkeit zu geben, ihre eigenen Medikamente oder Haushaltschemikalien herzustellen.
Der 3D-Druck dringt nun in die Haushalte vor und immer mehr Kinder werden in früheren Zeiten mit dem Konzept des 3D-Drucks vertraut gemacht. Die Aussichten für den 3D-Druck nehmen zu, und da mehr Menschen Zugang zu dieser neuen Innovation haben, werden neue Anwendungen in Haushalten entstehen.
Bildung und Forschung
Insbesondere 3D-Druck und Open-Source-3D-Drucker sind die neuesten Technologien, die Einzug in den Unterricht halten. Der 3D-Druck ermöglicht es den Studenten, Prototypen von Gegenständen zu erstellen, ohne dass teure Werkzeuge benötigt werden, die in subtraktiven Verfahren benötigt werden. Studenten entwerfen und produzieren reale Modelle, die sie halten können. Die Unterrichtsumgebung ermöglicht es den Schülern, neue Anwendungen für den 3D-Druck zu erlernen und anzuwenden. RepRaps zum Beispiel wurden bereits für eine Bildungs-Mobile-Robotik-Plattform verwendet.
Einige Autoren haben behauptet, dass 3D-Drucker eine beispiellose „Revolution“ in der MINT-Bildung bieten. Der Beweis für solche Ansprüche kommt sowohl von den geringen Kosten für das schnelle Prototyping im Klassenzimmer durch Studenten als auch von der Herstellung kostengünstiger, qualitativ hochwertiger wissenschaftlicher Ausrüstung aus offenen Hardwaredesigns, die Open-Source-Labore bilden. Ingenieur- und Designprinzipien werden ebenso untersucht wie architektonische Planung. Die Schüler erstellen Duplikate von Museumsgegenständen wie Fossilien und historischen Artefakten für das Lernen im Klassenzimmer, ohne sensible Sammlungen zu beschädigen. Andere Studenten, die sich für Grafikdesign interessieren, können Modelle mit komplexen Arbeitsteilen leicht konstruieren. 3D-Druck gibt den Schülern mit topografischen Karten eine neue Perspektive. Wissenschaftsstudenten können Querschnitte von inneren Organen des menschlichen Körpers und anderer biologischer Proben untersuchen. Und Chemiestudenten können 3D-Modelle von Molekülen und die Beziehung innerhalb chemischer Verbindungen erforschen.
Laut einer aktuellen Arbeit von Kostakis et al. Können 3D-Druck und -Design verschiedene Literalitäten und kreative Fähigkeiten von Kindern gemäß dem Geist der vernetzten, informationsbasierten Welt elektrifizieren.
Zukünftige Anwendungen für 3D-Druck könnten die Erstellung von wissenschaftlichen Open-Source-Geräten umfassen.
Umweltverbrauch
In Bahrain wurden großflächige 3D-Drucke mit einem sandsteinähnlichen Material verwendet, um einzigartige korallenförmige Strukturen zu schaffen, die Korallenpolypen dazu anregen, beschädigte Riffe zu kolonisieren und zu regenerieren. Diese Strukturen haben eine viel natürlichere Form als andere Strukturen, die zur Herstellung künstlicher Riffe verwendet werden, und sind im Gegensatz zu Beton weder sauer noch alkalisch mit neutralem pH-Wert.
Kulturelles Erbe
In den letzten Jahren wurde der 3D-Druck im Bereich des kulturellen Erbes intensiv für Konservierung, Restaurierung und Verbreitung genutzt. Viele Europäer und nordamerikanische Museen haben 3D-Drucker gekauft und fehlende Teile ihrer Relikte aktiv nachgebildet.
Scan the World ist das größte Archiv von 3D-druckbaren Objekten von kultureller Bedeutung aus der ganzen Welt. Jedes Objekt, das aus 3D-Scandaten der Community stammt, ist für den 3D-Druck optimiert und kann kostenlos auf MyMiniFactory heruntergeladen werden. Durch die Zusammenarbeit mit Museen wie dem Victoria and Albert Museum und privaten Sammlern dient die Initiative als Plattform für die Demokratisierung des Kunstobjekts.
Das Metropolitan Museum of Art und das British Museum haben begonnen, mit ihren 3D-Druckern Museumsandenken zu schaffen, die in den Museumsgeschäften erhältlich sind.Andere Museen, wie das Nationale Militärhistorische Museum und das Historische Museum in Varna, sind weiter gegangen und verkaufen über die Online-Plattform Threeding digitale Modelle ihrer Artefakte, die mit Artec 3D-Scannern erstellt wurden, in einem 3D-druckfreundlichen Dateiformat, in dem jeder 3D drucken kann Zuhause.
Spezialmaterialien
Consumer-3D-Druck hat zu neuen Materialien geführt, die speziell für 3D-Drucker entwickelt wurden. Zum Beispiel wurden Filamentmaterialien entwickelt, um Holz in seinem Aussehen sowie seiner Textur zu imitieren. Darüber hinaus können neue Technologien, wie das Einbringen von Kohlefasern in bedruckbare Kunststoffe, ein stärkeres, leichteres Material ermöglichen. Zusätzlich zu neuen Strukturmaterialien, die aufgrund des 3D-Drucks entwickelt wurden, haben neue Technologien es ermöglicht, dass Muster direkt auf 3D-gedruckte Teile aufgebracht werden können. Eisenoxidfreies Portlandzementpulver wurde verwendet, um architektonische Strukturen von bis zu 9 Fuß Höhe zu schaffen.