4 Interessante Alternativen zum 3D-Druck

Der 3D-Druck hat die Welt im Sturm erobert, aber es gibt auch andere Möglichkeiten, Objekte herzustellen, die sich als Alternative zum 3D-Druck eignen. Diese verschiedenen Methoden sind vielleicht noch nicht so leicht zugänglich wie ein 3D-Drucker, aber sie könnten es in Zukunft sein.

Einige der interessantesten Alternativen zum 3D-Druck sind der 4D-Druck, der schnelle Flüssigkeitsdruck, das Spritzgießen und das Thermoformen. Einige dieser Verfahren sind additive Fertigungsmethoden wie der 3D-Druck, aber andere nutzen andere Wege, um komplexe Objekte herzustellen.

In diesem Artikel stelle ich einige der faszinierendsten und vielversprechendsten Alternativen zum 3D-Druck vor und erkläre, wie sie funktionieren, welche Anwendungen es gibt und welche Materialien du mit ihnen verwenden kannst. Außerdem erkläre ich, warum diese Alternativen die 3D-Drucker in den Haushalten in Zukunft ersetzen könnten.

1. 4D-Druck

4D-Druck ist ein relativ neues Phänomen und für Laien nur schwer zu erklären. Es umfasst jedes 3D-gedruckte Design, das aus intelligentem Material und einem cleveren Design besteht, das sich verändert, wenn es bestimmten Bedingungen ausgesetzt wird.

Diese Bedingungen sind:

• Wärme
• Licht
• Wasser
• Zeit
• Körperliche Kraft

Beispiele für 4D-gedruckte Gegenstände sind Spielzeuge und Roboter. Diese Strukturen können ihre Form verändern, wenn der Benutzer etwas eingibt. Rubixwürfel werden ausdrücklich zu diesem Zweck hergestellt, ebenso wie Slinkies und Roboterarme.

4D hat von außen gesehen die gleiche Form wie 3D; der Unterschied ist, dass es seine Form ändern kann, wenn Energie auf es einwirkt, und dann nimmt es eine ganz neue Funktionsebene an.

Praktische Anwendungen des 4D-Drucks

Neben Spielzeug und Robotern eröffnet der 4D-Druck eine neue Welt der Möglichkeiten für die Herstellung von Funktionsmaterialien und Technologien.

• Wasser-aktivierte Möbel: Spare Platz in deinem Haus mit kompakten, faltbaren Möbeln, die sich bei Kontakt mit Wasser aktivieren und öffnen. Die Möbel sind genauso stabil, aber doppelt so bequem. 
•  Dynamische Rohrleitungen, die sich selbst reparieren können: Rohre aus flexiblem Material können ihre Breite und Größe entsprechend dem Wasserfluss anpassen und sich bei Rissen oder Brüchen durch Hitze oder Wasseraktivierung selbst reparieren.
• Luft- und Raumfahrttechnologie: Eine Technologie, die sich an ihre Umgebung anpassen und sich selbst „heilen“ kann, wäre ein großer Vorteil im Weltraum, wo die Bedingungen unerbittlich sind und viel auf dem Spiel steht.

Wir sind dabei, die Zukunft der adaptiven und dynamischen Technologie auf einem Niveau einzuläuten, das wir nie zuvor erreichen konnten. Diese Methoden übertreffen den 3D-Druck in ihrer Nützlichkeit und der Bandbreite der Materialien, die sie verarbeiten können.

Für den 3D-Druck brauchst du ein thermoplastisches Filament oder Harz und einen kompatiblen Drucker. Die Zukunft des Druckens wird es dir jedoch ermöglichen, jedes beliebige Material zum Drucken zu verwenden

Weitere Informationen über die Entstehung des 4D-Drucks und eine praktische Demonstration seiner Einsatzmöglichkeiten findest du im folgenden Video, das in Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) gedreht wurde.

2. Schneller Flüssigdruck

Das Schnelldruckverfahren (Rapid Liquid Printing, RLP) läuft etwas anders ab als das Spritzgießen. Das körnige Carbomer-Hydrogel wird in einem Behälter suspendiert und eine Maschine spritzt das flüssige, aushärtbare Material mit einer pneumatischen Spritze in das Gel in eine vorgegebene Form.

Diese Methode der Bearbeitung ist vielleicht die vielfältigste Form des Druckens in diesem Artikel, denn die Druckmaterialien können von Beton bis Silikon reichen.

Diese Methode ist kein schichtweiser Prozess wie der 3D-Druck. Der schnelle Flüssigdruck ist eine viel schnellere Methode, um viel größere Gegenstände herzustellen.

Praktische Anwendungen von RLP

RLP wird immer häufiger eingesetzt und könnte bald den 3D-Druck an Beliebtheit überholen.

In RLP werden u.a. folgende Produkte hergestellt:

• Schuhe
• Autoteile
• Gummi
• Schaumstoff
• Medizinische Ausrüstung
• Luftfahrtteile

Es ist nicht nur schnell, sondern auch vielseitiger. Vorbei sind die Zeiten, in denen du stundenlang warten musstest, bis jede Schicht gedruckt war. Jetzt kannst du mehrere Artikel im selben Gel-Bad drucken, denn jeder Artikel bleibt genau dort hängen, wo die Düse ihn eingespritzt hat.

Der Vorgang dauert insgesamt ein paar Minuten. Wenn das Material chemisch behandelt wurde, wird es aus dem Gel entfernt und das überschüssige Gel abgespült. Das war’s.

Diese Aufnahmen des MIT veranschaulichen den RLP-Prozess perfekt und zeigen Beispiele für die Werkzeuge, die zur Erstellung der Drucke verwendet werden, sowie einige Beispiele für Endprodukte.

3. Spritzgießen

Das Spritzgießen ist materialsparender und produziert weniger Abfall als der 3D-Druck. Er ist detailliert und präzise und spart durch Automatisierung Produktionskosten.

Beim Kunststoffspritzgießen werden thermoplastische Polymere geschmolzen, meist in Form von Pellets, und in eine Form gespritzt. Der Kunststoff füllt den leeren Teil der Form, das sogenannte Kavitätenbild.

Der geschmolzene Kunststoff oder das Harz nimmt beim Erstarren die Form der Form an.

Die Form muss nicht extern gekühlt werden, was Zeit spart und die Produktionskosten erheblich senkt. Das Spritzgießen ist schnell und effizient mit minimalem Ausschuss, was es zu einer fantastischen Alternative zum 3D-Druck macht.

Praktische Anwendungen des Kunststoffspritzgießens

Beispiele für spritzgegossene Produkte sind (unter anderem):

• Legosteine
• Elektrische Leiterplatten
• Spritzen und andere medizinische Geräte
• Einweg-Besteck

NYC CNC bietet einen detaillierten, schrittweisen Einblick in die Funktionsweise des Spritzgießens, den du dir über den unten stehenden Link ansehen kannst.

4. Thermoformen

Beim Thermoformen, auch bekannt als Vakuumformen, wird eine Kunststoffplatte erhitzt und über eine Form gelegt. Durch ein Vakuum wird dann die Luft aus der Form gezogen, so dass die Kunststoffform erhalten bleibt oder die Platte abkühlt und in der Form der Form erstarrt.

Es gibt verschiedene Methoden des Thermoformens:

• Vakuumformen
• Druckumformung
• Mechanisches Umformen
• Falten des Tuchs
• Formgebung anpassen
• Doppelbogenbildung
• Wogenbildung

Weitere Informationen darüber, wie jedes dieser Verfahren funktioniert und für welche Funktionen sie am besten geeignet sind, findest du in diesem Leitfaden zum Thermoformen.

Die Struktur wird dann auf die passende Form und Abmessung zugeschnitten, ein relativ schneller und unkomplizierter Prozess. Die Kunststoffplatten bestehen normalerweise aus den folgenden Materialien:

• Polypropylen (PP)
• Polyethylenterephthalat (PET)
• Polystyrol (PS)
• Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)
• Hochdichtes Polyethylen (HDPE)
• Cellulose Acetat
• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
• Polymethylmethacrylat (PMMA)
• Polycarbonat (PC)

Diejenigen, die sich mit 3D-Druck auskennen, werden viele dieser Materialien wiedererkennen, da sie für die Herstellung von 3D-Druckfilamenten üblich sind.

Sie sind kosteneffizient, einfach zu verarbeiten und produzieren robuste Drucke, unabhängig von Größe und Details.

Praktische Einsatzmöglichkeiten von 3D-Druck-Alternativen

Mit diesen Methoden und Materialien lassen sich schnell hochwertige Strukturen herstellen, die genauso haltbar sind wie Produkte aus dem 3D-Druck, wenn nicht sogar noch haltbarer. 

Der 3D-Druck ist eine altbewährte Methode zur Herstellung wertvoller Teile und Objekte, von Raumfahrtzubehör bis hin zu Miniaturfiguren. Im Laufe der Zeit finden wir immer neue Wege, um Materialien konstruktiv und mit weniger Verschwendung zu nutzen.

3D-Drucker sind auf dem Weg zu einer umweltfreundlicheren Arbeitsweise, indem sie pflanzliche Materialien und Papier als neues Druckmedium verwenden. Allerdings sind diese Materialien noch nicht in ihrer endgültigen Form zu sehen, so dass wir vorerst auf synthetische oder chemisch ausgewogene Thermoplaste angewiesen sind. Außerdem gehen Stunden an Produktivität verloren, wenn man darauf wartet, dass 3D-Drucker ihre Aufgaben erledigen, während die Alternativen dieselbe Aufgabe in wenigen Minuten erledigen können.
 Insgesamt hat jede einzelne der hier aufgeführten 3D-Druck-Alternativen eine sehr gute Zukunft. Allein in den letzten fünf Jahren haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler große Fortschritte gemacht, um den 3D-Druck abzulösen und eine neue, nachhaltigere Ära des Druckens einzuleiten.