Während die Konsumenten eher über die lustigen Eigenentwicklungen aus Maker-Spaces und 3D-Druckdiensten schmunzeln oder vielleicht ja auch schon munter mittüfteln und »-bausteln« (das Kunstwort »bausteln« entstand aus den Verben »bauen« und »basteln«), vollzieht sich aktuell eine verblüffende, ausgesprochen heterogene Entwicklung im Bereich der Produktionstechniken und Fertigungsketten.
Nicht jeder macht sich bewusst, dass wir schon mittendrin stecken in einem umfassenden »Zeitalter des 3D-Drucks«. Längst hat es die Warenwirtschafts- und Wertschöpfungsketten erfasst und mächtige Umwälzungen in den Bereichen Spedition und industrielle Infrastruktur ausgelöst. Vergleichbar den Entwicklungen in dem 2011 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ausgerufenen »Zukunftsprojekt Industrie 4.0«, haben sie das Zeug dazu, als eine weitere eigenständige industrielle Revolution durchzugehen.
Auch im Baugewerbe und in der Textil- und Bekleidungsindustrie hat man sich an 3D-Druckverfahren gewöhnt. Ähnliches gilt für die medizinische Forschung (Stichwort Bioprinting) im Bereich der regenerativen Therapien, etwa indem Zellverbünde zusammen mit Mikroalgen gedruckt werden, um die Sauerstoffversorgung der Zellen zu verbessern, aber auch für die individuelle Fertigung von Implantaten und anderen medizintechnischen Produkten, die sich durch den 3D-Druck noch einmal grundlegend verändern könnte.
Hoffnungsvolle Erwartungen verbindet der Umweltschutz mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks. Wobei die Meinungen, ob der 3D-Druck eher Plastikmüllpotenzial berge oder angesichts von Druckstoffen aus recycelten Materialien eher Abfall einsparen helfe, auseinandergehen.
Seit der Erfindung des ersten 3D-Druckverfahrens in den 1980er Jahren durch das in Rock Hill, South Carolina ansässige Unternehmen 3D Systems (ehemals Z Corporation) treiben die 3D-Print-Techniken munter immer wieder neue Blüten. Hier wirklich durchzublicken, bleibt eingefleischten 3D-Druckexperten vorbehalten – wer die Begriffe Fused Deposition Modeling (FDM), Selektives Lasersintern (SLS) und Stereolithografie (STL) im Kopf behält, verfügt zumindest über etwas Basiswissen, um sich vorstellen zu können, wie 3D-Druck konkret funktioniert.
Eine umfassende 3D-Drucker-Marktübersicht mit ausführlichen Erläuterungen rund um die dort vorgestellten Druckermodelle finden Sie auf 3Dmake – druck. design. technologie.
Wie Sie »3D-Druckvorlagen erstellen«, erfahren Sie im PAGE eDossier zum Thema. Dort erklären wir den Vorgang der 3D-Durckvorlagen-Erstellung vom Modeling bis zur professionellen SLS-Druckausgabe am Beispiel der Fertigung einer in 3D gedruckten Kuckucksuhr. Das PAGE eDossier »3D – Druck und Scanning von Low- bis Hightech« informiert über spannende Produkte und Geschäftsideen rund um den 3D-Druck.
Hier erfahren Sie mehr über 3D-Scanning und was sich aktuell auf dem Markt für 3D Scanner tut.
Freeform 3D-Printing bietet mehr Freiheit in der Gestaltung, größere Materialvielfalt und kürzere Produktionszeiten
Erstveröffentlichung dieses Beitrags: PAGE 02.2014 / Autorin: Franziska Beyer
1. Erste Einsatzgebiete für Freeform 3D
2. Individualisierung und DIY
Mit den ersten Desktop-Geräten und professionellen Dienstleistern wie Shapeways oder i.materialise hat der 3D-Druck den Designeralltag im Sturm erobert, da er vor allem Reverse Engineering und Prototyping erleichtert. Während die meisten Anbieter noch mit Schichtdruckverfahren wie FDM (Fused Deposition Modeling) arbeiten, versprechen die neuen Freeform-Technologien mehr Gestaltungsfreiheit und kürzere Druckzeiten. Dank eines Roboterarms rotiert der Druckkopf frei im Raum und ist damit weder auf drei Achsen noch auf den Hubraum des Geräts beschränkt. Dies erlaubt es, viel größere Objekte mit komplexen, organischen Formen zu produzieren. Auch der Stufeneffekt durch die nacheinander aufgetragenen Schichten fällt weg, was eine nachträgliche Oberflächenbehandlung potenziell überflüssig macht.
Erste Experimente mit der Freeform-Technik machte zum Beispiel der Produktdesigner Dirk van der Kooij, der seinen Endless Chair 2011 aus recyceltem Kunststoff druckte. Im selben Jahr bauten Studierende am Institute for Advanced Architecure of Catalonia (IAAC) in Barcelona einen solarbetriebenen 3D-Drucker mit Roboterarm, der stabile Figuren aus einem Gemisch aus ökologisch unbedenklichem Binder und Sand fertigt.
Aus diesen Forschungen entstand am IAAC 2013 Mataerial, ein Prototyp, der ein völlig neues Druckverfahren nutzt. Entwickelt haben das zum Patent angemeldete Anti Gravity Object Modeling Petr Novikov und Sasa Jokic in Kooperation mit dem Amsterdamer Joris Laarman Lab. Durch die Kombination eines Roboterarms mit einem neuartigen Material aus wärmehärtenden Polymeren lässt sich auf jeder erdenklichen Oberfläche unabhängig von deren Neigung und Beschaffenheit drucken, ohne dass zusätzliche stützende Strukturen nötig sind. Der innovative Extruder produziert echte 3D-Kurven, die den Konturen des virtuellen Modells folgen. Dieses bearbeitet das Team vor dem Druck mit einer speziellen Software, die die Objektkonturen in 3D-Pfade umwandelt und so die Materialverteilung optimiert. »Dadurch können wir Gegenstände fast jeder Form und Größe herstellen«, sagt Petr Novikov. »Unser Verfahren soll künftig Bauabfälle verringern, Kosten senken und größere Druckobjekte möglich machen.«
Am SCI-Arc, dem Southern California Institute of Architecture in Los Angeles, erkundet Tom Wiscombe mit seinen Studenten potenzielle Einsatzgebiete von Robotertechnik, innovativen Materialien und Crossplatform-Applikationen. »Uns interessiert, wie 3D-Printing die Art verändert, wie wir über Architektur und Design denken und sie umsetzen«, erklärt der Designer. So entwickelten etwa Liz und Kyle von Hasseln mithilfe des größten Roboters am Institut einen Freeform-SLA-Drucker, der im Prototyping und Rapid Manufacturing eingesetzt werden kann und lichthärtende Photopolymere einsetzt. Brian Harms, Student im Masterstudiengang Emerging Systems and Technologies, entwickelte das Suspended-Depositions-Verfahren, bei dem ein Roboterarm mit einer Art Nadel als Extruder 3D-Objekte in eine mit Gel gefüllte Wanne druckt. Sein Prototyp nutzt einen Staublitx40-Roboterarm aus dem SCI-Arc-Labor, dessen Motor ein Mikrocontroller und ein Wireless-Modul steuern. Er ist eine Schlauchpumpe angeschlossen, die ein Harz durch die Metallspitze des Druckkopfs in das mit Gel gefüllte Bassin pumpt. Unter UV-Licht härtet das Objekt sofort aus. Das wiederverwendbare Gel stützt die Form und macht stabilisierende Strukturen überflüssig. Durch Absaugen oder -schöpfen besteht die Möglichkeit, Fehler am Objekt zu korrigieren, ehe das Harz aushärtet.
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Mit den Möglichkeiten der Individualisierung beschäftigen sich Forscher sich am Robotics Institute der University of Technology Delft. Sie kombinierten einen Roboterarm mit einem High-End-Extruder von Océ zu einem Inkjetprinter, der gewölbte Oberflächen und Objekte mit individuellen Botschaften, Logos oder Texturen versehen kann. »Im Moment eignet er sich vor allem fürs Prototyping«, sagen Robert Babuska, Professor of Intelligent Control and Robotics, und Jo Geraedts, Professor of New Mechatronic Design. Bald soll das Gerät auch Rapid Manufacturing ermöglichen. »Dann wird der Designer zum Konfigurator, der nicht länger Produkte gestaltet, sondern Modelle entwirft, die der User selbst individualisiert und produziert.«
Die größte Herausforderung beim Entwickeln von 3D-Desktop-Druckern mit Freeform-Technologie besteht darin, die hohe Qualität der Maschinen aus Industrie und Forschung auf ein erschwingliches Consumer-Gerät zu übertragen. Bisherige 3D-Printer wie der MakerBot nutzen ein System aus Metallstangen, um den Druckkopf zu führen. Geräte mit Roboterarmen müssen Bewegungen auf sechs statt drei Achsen kontrollieren, was komplexer und teurer ist. Doch die Maker-Bewegung weiß sich zu helfen: Im Netz kursieren bereits erste Baupläne für DIY-Modelle. Ben Dunicliff veröffentlichte auf Instructables.com die Anleitung für ein Modell, dessen Bauteile für unter 80 Euro zu haben sind. Als Hitzequelle, um die Druckkomponenten zu schmelzen und an den Druckkopf zu pumpen, nutzt das Gerät einen umfunktionierten Schokoladenbrunnen. In ersten Tests produzierte Dunicliff dann auch Schokoladendeko für Torten. Großer Vorteil seiner Idee: Missglückte Objekte lassen sich schnell und einfach beseitigen.
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Der 3D-Druck könnte neuen Wind in den konventionellen Spielzeugmarkt bringen. Das Londoner Start-up MakieLab fängt mit von Usern entworfenen und in 3D gedruckten Avataren schon mal damit an
Erstveröffentlichung dieses Beitrags: WEAVE 04.2013 / Autor: Arne Schätzle
1. Input aus der Maker-Szene
2. »Ich liebe meine Makies«
3. Können Makies den Markt erobern?
»2010 fing alles an«, erinnert sich Alice Taylor, Erfinderin der Makies – kleiner Plastikpuppen aus dem 3D-Drucker, von denen keine der anderen gleicht. »Ich besuchte die Digital Kids Conference in New York, auf der sich alles um digitales Spielzeug und virtuelle Welten dreht. Plötzlich meldete sich jemand und sagte: ›Dieses digitale Zeugs ist ja schön und gut, aber wollen wir nicht eigentlich alle, dass unsere Kinder nach draußen gehen und dort spielen?‹ Von da an dachte ich ständig darüber nach, wie man die reale und die virtuelle Welt des Spielens zusammenbringen könnte.«
Digitale Spielwelten sind von jeher ein Steckenpferd der leidenschaftlichen Gamerin – und gleichzeitig ihre Profession. Bereits 1999 launchte Alice Taylor die Website www.stortroopers.com, auf der User individuelle Avatare designen und ausstatten konnten, von der Fashionista bis zum Gothic-Jünger. In ihrem Job als Redaktionsleiterin Education beim privaten Fernsehsender Channel 4 zeichnete sie für mehrere preisgekrönte Inhalte und Spiele für Kinder verantwortlich. »Es ist schon erstaunlich«, wundert sich Taylor, »wie kreativ und innovativ die digitale Unterhaltungsindustrie ist, während sich bei den Spielzeugherstellern relativ wenig tut.« Auch geografisch sind beide Welten weit voneinander entfernt. Während ein großer Teil des Contents in Amerika entwickelt wird, kommen die meisten Plastikprodukte aus China.
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Die Begeisterung für den 3D-Druck teilt Taylor mit ihrem Mann, dem Schriftsteller, Blogger und Internetaktivisten Cory Doctorow, der auch ein Buch über die Maker-Szene geschrieben hat. Gemeinsam klapperten sie weltweit FabLabs ab, tauschten sich intensiv über die aufkommende Technik aus und verschlangen Fachmagazine wie »Make:«. »Das war meine kleine Nerd-Welt«, bekennt Taylor, die romanische Sprachen studierte und sich Photoshop und HTML selbst beibrachte.
Der 3D-Druck war der Missing Link, um virtuelle Avatare zu realen Figuren werden zu lassen. 2010 sah Taylor, wie auf der Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas, der weltgrößten Messe für Konsumentenelektronik, ein 3D-Drucker von MakerBot legoartige Figuren ausspuckte. Von nun an schraubte sie mit einem befreundeten Modeller im Grafikprogramm ZBrush an zahlreichen Entwürfen. Und obwohl sie wusste: »Hardware ist hart«, war sie sich sicher, dass es klappen würde, und kündigte bei Channel 4.
Nach der Kreativphase standen für Taylor die ganz bodenständigen Herausforderungen einer Gründung an: Taylor konnte Entwickler Luke Petre, Designer Sulka Haro und Jo Roach als Geschäftsführerin für das Projekt begeistern. Gemeinsam absolvierten sie diverse Pitches und gewannen im August 2011 als eines von 40 Start-ups den mit 100 000 Britischen Pfund dotierten Preis der Tech City Launchpad Competition, die das Technology Strategy Board, eine von der Regierung geförderte nichtstaatliche Körperschaft, ausgelobt hatte. Dann baggerte Taylor weitere private Investoren an und sicherte sich im Juni 2012 ein Funding von über 1,4 Millionen US-Dollar.
»Das war richtig harte Arbeit. Ich habe ein Jahr lang nicht geschlafen«, erinnert sich Taylor. Nicht nur wegen der Pitches, auch weil sie für ihr Geschäftsmodell nicht nur wie ein IT-Unternehmen eine digitale Komponente entwickeln musste, sondern auch eine physische wie ein klassischer Spielzeughersteller – und eine Brücke zwischen diesen beiden Welten.
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Wer Alice Taylor kennenlernt, kann gut nachvollziehen, wie die quirlige Britin es immer wieder schafft, Geschäftspartner zu begeistern: Charmant, humorvoll, cool und im positiven Sinne etwas schräg präsentierte sie sich und ihr Business auch auf der NEXT Berlin Anfang dieses Jahres. Im rosa Sweatshirt, farblich passenden Budapestern, einer Hose mit Leopardenmuster und die Haare zu wirren Schnecken gedreht lief sie über die Bühne des Berliner Congress Centers und zog das Publikum mit ihrer Begeisterung in den Bann. Mit einem Produkt, das aus Leidenschaft entstand. »Ich habe selbst zwei eigene Makies. Alice, die mir ähnelt, und Elf, die mir ganz und gar nicht ähnlich ist«, verkündet sie stolz.
Seit April 2012 ist Taylors Vision Wirklichkeit: Die User können auf der Makies-Website eigene Figuren entwerfen und bekommen sie nach zwei Wochen nach Hause geliefert. Gedruckt werden die 25 Zentimeter großen Figuren in London bei Digits2Widgets und in Amsterdam bei 3D Worknet per selektivem Lasersintern. Die Kosten für den »Basic«-Makie belaufen sich auf circa 60 Britische Pfund, Klamotten und Accessoires kosten extra. Der 3D-Drucker produziert die Figuren, Haare und Kleidung ergänzt MakieLab im Londoner Stadtteil Shoreditch, wo das Team sogar selbst näht.
Um die Figuren zu designen, können die User über Auswahlfelder und Schieberegler aus 35 Haarschnitten sowie sechs Augenfarben wählen und die komplette Physiognomie (Augenbrauen, Nase, Mund, Ohren, Gesichtsform) sowie verschiedene Accessoires bestimmen. Der Makies-Look bleibt immer erhalten. »Man sieht sofort, dass es sich um einen Makie handelt, auch wenn es ein lustiger, kleiner hässlicher Makie ist«, sagt Taylor. Im Innern der Figuren ist noch Platz für weitere Spielereien: etwa für einen Arduino-LilyPad-Mikrocontroller sowie für RFID- und Sprachchips oder LEDs.
Für Taylor sind ihre Makies nicht bloß »dolls«, sondern »action dolls«. Was ist der Unterschied? »Figuren für Jungen haben meistens Kniegelenke und Ellenbogen. Aber schau dir die Barbies an! Sie können nicht vernünftig stehen oder auf einem Motorrad sitzen. Ist doch albern! Auch Frauen mögen Motorräder!« Makies sind für jedes Geschlecht und jedes Alter. Seit Februar 2013 entsprechen Makies der EU-Sicherheitsrichtlinie EN-71 und sind für Kinder ab drei Jahren zugelassen.
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Was macht Taylor so zuversichtlich, dass Makies mehr sind als eine geekige Spielerei? »Die Leute stehen auf die individuelle Anpassung, das hat Tradition.« Taylor verweist auf den Erfolg der sogenannten Blythe Dolls – knapp 30 Zentimeter große Modepuppen, für die eine wachsende Fangemeinde mit Hingabe Modefummel und Accessoires bastelt und sammelt, um sie voller Stolz im Internet zu präsentieren. Ursprünglich 1972 von einer amerikanischen Spielzeugfirma entworfen, aufgrund mangelnden Erfolges nur ein Jahr später wieder eingestellt, wurden sie im Jahr 2001 von einer japanischen Firma wiederbelebt.
»Menschen wollen ihre eigenen Ideen umsetzen. Massenproduktion aus Fernost kann das nicht leisten«, glaubt Taylor. »Der 3D-Druck ist so spannend und erfolgversprechend, weil man mit ihm individuelle Objekte kreieren kann. Jede Figur ist einzigartig. Man verleiht ihnen einen individuellen Charakter, gibt ihnen eigene Gesichter, die eine Geschichte erzählen. Wir erhalten ständig Mails von Usern, die es überhaupt nicht abwarten können, dass ihre Figur geliefert wird«, freut sich Taylor. »Einige haben bereits einen Namen für sie, bevor sie bei ihnen ankommt.«
Auch in diesem Jahr ist die Beliebtheit der Makies ungebrochen: Gerade hat das Makielab seine iPad-App »Makies Doll Factory« veröffentlicht, mit der die User schon zwei Tage nach Launch mehr als 4500 Makies erstellt hatten. Und bereits kurz zuvor überzeugte Taylor die Jury der South by Southwest in Austin, Texas und kassierte 4000 Dollar als Sieger in der Kategorie »Entertainment and Gaming Technologies« des SXSW Interactive Accelerator.
Die Finanzspritze kommt der Makies-Crew gerade recht, denn für die Zukunft ist noch einiges geplant: Reale Makies-Figuren und virtuelle Makies-Spiele sollen noch näher zusammenrücken: Demnächst können die User auch die Kleidung selbst designen und sollen ihre Makies als Spielfigur in einem Game einsetzen können, das das Makies-Team derzeit mit Hochdruck entwickelt – eine Brücke zurück in die virtuelle Welt, dorthin, wo alles begann.
