Da ein erheblicher Bedarf an der Entwicklung maßgeschneiderter Lebensmittel besteht, die an unterschiedliche Körperbedingungen angepasst sind, kann der 3D-Lebensmitteldruck eine mögliche Lösung sein, die diesen Bedarf deckt. Ähnlich wie in der Industrie bleiben die Prinzipien, die dem 3D-Lebensmitteldruck und dem Betrieb zugrunde liegen, gleich. Die mit mehreren Düsen integrierte automatisierte Lösung kann verwendet werden, um verschiedene Zutaten auf der Grundlage der programmierten Rezeptur problemlos zu extrudieren. Das umweltfreundliche 3D-Lebensmitteldruckverfahren kann gesunde und kalorienspezifische Lebensmittel für fitness- und gesundheitsbewusste Individuen auf der Grundlage ihrer Präferenzen anbieten. Es ist allerdings noch ein weiter Weg, bis diese spezielle Technologie eine hohe Position auf dem Lebensmittel- und Getränkemarkt erreicht haben wird.

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Da die Forschung im Bereich der 3D-Drucktechnologie und der Materialien immer schneller voranschreitet, beschleunigt sich auch die Einführung des 3D-Drucks auf dem Mode- und Einzelhandelsmarkt. Der 3D-Druck begann zunächst auf dem Schmuckmarkt und hat nun ein starkes Interesse an der Herstellung von verbesserten, massenhaft angepassten Sportschuhen und das Interesse von Modedesignern und Stoffherstellern geweckt. Der Einzug der additiven Fertigung in den Einzelhandel hat erhebliche Auswirkungen auf die Produktion von Schuhen, Konsumgütern, Kleidung und Schmuck. Sportartikelunternehmen haben bereits eine Zusammenarbeit mit verschiedenen Marktteilnehmern für den 3D-Massendruck von Laufschuhen begonnen. Mode- und Schmuckhersteller beschäftigen sich mit dem 3D-Druck, um ihr Produktportfolio zu erweitern. Die Herstellung von Komponenten durch 3D-Druckverfahren ermöglicht es Produktdesignern, ihre Kreativität zu entfalten und den einzelnen Kunden verschiedene personalisierte Lösungen und maßgeschneiderte Produkte anzubieten. So können etwa in den Geschäften installierte hochwertige Körperscanner, die die Größe der Kunden erfassen, eine einfache Anpassung an die Körperform ermöglichen.

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Die 3D-Drucktechnologie wird von großen Universitäten, Labors und Krankenhäusern für die medizinische Forschung und klinische Tests sowie von der Industrie genutzt. Zu den Anwendungen gehören der Druck personalisierter Modelle für Lehr- und Testzwecke, zahnmedizinische und medizinische Werkzeuge sowie Prothetik und orthopädische Implantate. Additive Fertigungsverfahren können für medizinische und gesundheitliche Anwendungen beim Drucken von Haut, für die pharmazeutische Forschung, die Entwicklung von Knochen und Knorpel unter Verwendung von Biomaterialien, den Ersatz von Organen, die Gewebeforschung oder sogar die Vorbereitung künstlicher Organe unter Verwendung von Biomaterialien eingesetzt werden. Der 3D-Druck wird auch für die Erstellung verschiedenartiger Prothesen oder zur Herstellung von Hörgeräteschalen verwendet. 3D-Druck aus Silikon ermöglicht die Produktion medizinischer Wearables oder weicher Implantate.

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3D-Drucktechnologien besitzen ein hohes Potenzial innerhalb des Elektronikmarktes. Sie werden bereits für das Drucken von Strukturelektronik unter Verwendung von leitfähigen Materialien verwendet. Leiterplatten und Gehäuse können in einer einzigen Sitzung gedruckt werden, wodurch Zeit und Betriebskosten eingespart werden. Die additive Fertigung hat eine Reihe neuer Designmöglichkeiten innerhalb der Elektronikindustrie eröffnet, die es den Anwendern ermöglichen, Produkte und Strukturen zu drucken, die mit den derzeitigen Fertigungstechniken nicht realisierbar sind. In der der Kommunikationsindustrie kann eine große Bandbreite von Antennen schnell und präzise gedruckt werden, während 3D-Druckverfahren innerhalb der Qualitäts- und Prüfindustrie bei der Herstellung von Mess- und Wandlerkomponenten für die zerstörungsfreie Prüfung von hohem Wert sein können. Gedruckte 3D-Sensoren ermöglichen ebenso eine effizientere Erstellung flexibler biomedizinischer Sensoren. Darüber hinaus gibt es vielfältige Einsatzmöglichkeiten für gedruckte eingebettete 3D-Sensoren etwa in Sensornetzwerken, Softrobotik oder Mensch-Maschine-Schnittstellen.

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Der 3D-Druck hat sich in der Luft- und Raumfahrtindustrie seit den frühen Anfängen der Technologie etabliert. 3D-Druckverfahren wirken sich auf entscheidende Bereiche der Fertigung aus, wie etwa Werkzeugbau, Ersatzteilfertigung, Triebwerksteile, Verbundwerkstoffe (z. B. Luftkanäle), Halterungen oder verschiedene nicht strukturelle Teile. Eine der ersten und wesentlichen Anwendungen besteht im Drucken von Ersatz- und Prototypenteilen. Darüber hinaus werden 3D-Druckverfahren wie das Direct Metal Laser Melting (DMLM) zum Drucken von Triebwerkstreibstoffdüsen in Serie und das Elektronenstrahlschmelzen zum Drucken von Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken eingesetzt.

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Im Automobilsektor bietet die additive Fertigung zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die Herstellung von Prototypen und Werkzeugen, für Forschung und Entwicklung sowie für Produktinnovationen. Die Fähigkeit der 3D-Druckverfahren, schnell leichte und komplexe Strukturen zu produzieren, hat früh zu einem erhöhten Interesse und einer zunehmenden Akzeptanz bei den Automobilunternehmen geführt, vor allem für die Herstellung von Serien-Prototypen. Dementsprechend stellt die Automobilbranche derzeit einen sehr großen Markt für Technologien der additiven Fertigung dar. Eine breite Palette von Automobilteilen wird insbesondere für den Prototypenbau in 3D gedruckt, so etwa Motorzylinderköpfe, Ansaugkrümmer, Scheinwerfer, Türgriffe, Display-Knöpfe oder Bremsrotoren.

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Die additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren mit ihren flexiblen und leistungsstarken Techniken in der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie stark etabliert. Die Vorteile der 3D-Drucktechnologien dringen nun langsam in andere kommerzielle Märkte ein, wie etwa in das Bauwesen, den Sektor der schnelllebigen Konsumgüter oder die Mode- und Textilbranche.

 Unter den einzelnen Branchen finden Sie Beispiele für aktuelle Anwendung:

• Automobilbranche
• Luft- und Raumfahrt
• Elektro- und Elektronikindustrie
• Gesundheitssektor
• Mode- und Textilindustrie
• Lebensmittelindustrie

Sie möchten mehr zu einzelnen additiven Verfahren wissen, dann lesen Sie hier weiter.

Das Material Jetting, das auch den Polyjet-3D-Druck umfasst, ist vergleichbar mit einem zweidimensionalen Tintenstrahldrucker. Das flüssige Photopolymermaterial, das bei diesem Verfahren verwendet wird, wird mit Hilfe mehrerer Druckköpfe langsam in die Bauplattform gespritzt, und UV-Licht härtet die Schichten aus. Diese Technologie ermöglicht es, verschiedene Druckmaterialien innerhalb desselben 3D-Modells und Auftrags zu kombinieren. Allerdings können nur begrenzte Materialien für den Druck des entworfenen Objekts verwendet werden.

Weitere Verfahren lernen Sie im Hauptbeitrag "Wie funktioniert 3D-Druck?" kennen.

Beim Binder Jetting wird ein flüssiges Mittel selektiv abgeschieden, um Pulverpartikel zu verbinden. Das Bindemittel wirkt als Klebstoff zwischen den Schichten. Ein Druckkopf lässt das Bindemittel auf das Pulver fallen. Dieser Prozess ist im Vergleich zu anderen Technologien der Additiven Fertigung sehr schnell, aber da dieses Verfahren ein Bindemittel verwendet, kann es gleichzeitig auch für Objekte verwendet werden, die strukturelle Unterstützung benötigen. Während des Bauprozesses wird beim Binder Jetting keine Wärme verwendet, und es können verschiedene Materialien wie Metallsand oder Keramik bedruckt werden.

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Bei der DOE wird thermische Energie verwendet, um Materialien durch Schmelzen zu fusionieren, während das Material in der Druckerkammer abgeschieden wird. Das Schmelzbad wird mit einem Laserstrahl auf einem metallischen Substrat gebildet und Pulver wird in das Schmelzbad eingespeist. Dieses Verfahren ist komplex und wird im Allgemeinen verwendet, um ein bereits hergestelltes Objekt zu reparieren, weiteres Material hinzuzufügen oder einer bereits bestehenden Struktur Merkmale hinzuzufügen.

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Bei den Verfahren der SHL werden geschichtete Materialbögen miteinander verschmolzen, um das Objekt zu bauen und zu drucken. Ultraschall-Additiv-Fertigung (UAM) und die Herstellung von laminierten Objekten (Laminated Object Manufacturing, LOM) sind die beiden Methoden, die in diese Kategorie fallen. Das UAM-Verfahren verwendet die Ultraschall-Schweißtechnik, um Metallbleche Schicht für Schicht zu verschmelzen und das Objekt zu drucken. Ähnlich verhält es sich mit der LOM-Technik, die weitgehend ruhend ist und den gleichen schichtweisen Ansatz verwendet, aber Klebstoffe verwendet, um die Schichten miteinander zu verschmelzen. Die selektive Abscheidungslaminierung (SDL) ist eine aktive Variante der LOM-Technik, bei der zum Schneiden von Papier eine Hartmetallklinge anstelle eines Lasers verwendet wird.

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Bei der PBF werden zwei oder drei verschiedene Arten von Pulvern als Material geschmolzen und verschmolzen, um das Objekt gemäß dem CAD-Entwurf zu drucken. Direktes Metall-Lasersintern (DMLS), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), selektives Wärmesintern (SHS), selektives Laserschmelzen (SLM) und selektives Lasersintern (SLS) sind einige der gängigen Technologien in dieser Kategorie.

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Bekanntes Verfahren:  Stereolithographie (SLA)

VPP verwendet flüssiges Polymerharzmaterial, um das Objekt Schicht für Schicht aufzubauen.

So nutzt die Stereolithographie (SLA) ultraviolettes Licht, um das Material zu härten.

Gleichzeitig benötigt der Aufbau keine strukturelle Unterstützung für den Druck, da das verwendete Material in flüssigem Zustand ist.

Bei der digitalen Lichtverarbeitung (DLP) wird ein Mikrospiegel verwendet, um ein Lichtmuster eines Querschnitts des Objekts zu projizieren.

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Extrusionsverfahren

MEX ist eines der wesentlichen Verfahren bestimmter Formen von 3D-Druck-Technologien wie etwa dem Fused Deposition Modeling (FDM).

Das verwendete Material wird durch eine Düse geleitet, wo es bei hohen Temperaturen erhitzt und dann schichtweise abgeschieden wird, um das Objekt gemäß dem Designmodell zu bedrucken.

Bei der Materialextrusion werden Materialien in Draht- bzw. Granulatform verwendet.

Fused Deposition Modeling ist das gängigste Extrusionsverfahren, das in vielen wichtigen Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie und dem Gesundheitswesen eingesetzt wird.

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Verfahren der additiven Fertigung nach DIN Norm EN ISO/ASTM 52900

Gemäß der terminologischen Norm DIN EN ISO/ASTM 52900 handelt es sich bei einem Verfahren der additiven Fertigung (Additive Manufacturing, AM) um einen „Prozess, der durch Verbinden von Material Bauteile aus 3D-Modelldaten, im Gegensatz zu subtraktiven und umformenden Fertigungsmethoden, üblicherweise Schicht für Schicht, herstellt.“

Die DIN-Norm unterscheidet dabei die folgenden sieben Prozesskategorien:

1. Materialextrusion (MEX)
2. Vat-Photopolymerisation (VPP)
3. Powder Bed Fusion (Pulverbettfusion, PBF)
4. Sheet Lamination (Schichtlaminierung, SHL)
5. Directed Energy Deposition (gerichtete Energieabscheidung, DOE)
6. Binder Jetting (Bindemittelstrahlen)
7. Material Jetting (Materialstrahlverfahren)

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